專利名稱：具有數(shù)字輸出的熱式流量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱式流量傳感器，特別是涉及數(shù)字輸出的熱式流量傳感器。
背景技術(shù)：
已知有通過按電的方式檢測傳遞到流體的熱量從而檢測流體流量的熱式流量傳感器。
例如，在日本特開2002-005717號公報(專利文獻(xiàn)1)中公開了以下那樣的熱式流量傳感器。即，具有在基片上關(guān)于流體的流動方向形成于上游側(cè)的第1溫度檢測電阻，在基片上關(guān)于流體流動方向形成于下游側(cè)的第2溫度檢測電阻，在基片上對第1和第2溫度檢測電阻進(jìn)行加熱地形成的發(fā)熱電阻，及在基片上形成于不受發(fā)熱電阻影響的位置的第1流體溫度檢測電阻和第2流體溫度檢測電阻；構(gòu)成電橋電路地連接各電阻與1個或多個固定電阻，由與流體流量相應(yīng)的第1溫度檢測電阻和第2溫度檢測電阻的溫度變化導(dǎo)致不平衡狀態(tài)，為了從該不平衡狀態(tài)使電橋電路恢復(fù)成平衡狀態(tài)，檢測與流到發(fā)熱電阻的流體流量具有相關(guān)關(guān)系的加熱電流，從而測定流體流量。按照這樣的構(gòu)成，可有效地補償具有流量依存性的散熱系數(shù)的溫度特性，可抑制傳感器輸出的溫度依存性。
然而，專利文獻(xiàn)1記載的熱式流量傳感器為模擬輸出，所以，為了獲得用于連接到計算機和CPU(中央處理器)等的數(shù)字輸出，需要具有模數(shù)(模擬到數(shù)字)轉(zhuǎn)換器，模擬電路和數(shù)字電路的混合存在使電路構(gòu)成變得復(fù)雜。
在以下的說明中，數(shù)字輸出意味著具有可取入到計算機和CPU等進(jìn)行處理的“1”和“0”的形式的信號。
為了解決這樣的問題，例如在日本特開平3-042534號公報(專利文獻(xiàn)2)、Y.Pan et al.，“A New Class of Integrated ThermalOscillators with Duty-cycle Output for Application in ThermalSensors，”Sensors and Actuators A21-A23(1990)pp.655-659(非專利文獻(xiàn)1)、及H.Verhoeven et al.，“Design of integrated thermal flowsensors using thermal sigma-delta modulation，”Sensors andActuators A52(1996)pp.198-202(非專利文獻(xiàn)2)中，作為可獲得數(shù)字輸出的熱式流量傳感器公開了采用ΣΔ控制方法的熱式流量傳感器。
可是，傳感器的數(shù)字輸出一般要求高分辨率和高速響應(yīng)。然而，在專利文獻(xiàn)2、非專利文獻(xiàn)1和非專利文獻(xiàn)2記載的熱式流量傳感器中，不具有作為傳感器輸出獲得高分辨率和高速響應(yīng)的數(shù)字輸出的構(gòu)成。例如，在非專利文獻(xiàn)2記載的熱式流量傳感器中，如記載于非專利文獻(xiàn)2的表1那樣每隔20msec更新10位的傳感器輸出。即，非專利文獻(xiàn)2記載的熱式流量傳感器輸出僅具有10位的分辨率和50Hz的頻率響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種作為傳感器輸出可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的數(shù)字輸出的熱式流量傳感器。
本發(fā)明的某一方面的熱式流量傳感器用于測定流體的流量；其中具有電橋電路，該電橋電路包含由供給的電流發(fā)熱的發(fā)熱電阻、電阻值相應(yīng)于發(fā)熱電阻溫度產(chǎn)生變化的第1溫度檢測體、及電阻值相應(yīng)于流體溫度產(chǎn)生變化的第2溫度檢測體；熱式流量傳感器還具有比較部分、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、及輸出運算部分；該比較部分按數(shù)字形式輸出電橋電路的中點電壓差；該數(shù)模轉(zhuǎn)換器將比較部分的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為電流供給到發(fā)熱電阻；該輸出運算部分累計預(yù)定期間比較部分的輸出，將累計結(jié)果作為測定對象即流體的預(yù)定期間中的流量輸出。
另外，本發(fā)明的另一方面的熱式流量傳感器用于測定流體的流量；其中具有電橋電路，該電橋電路包含由供給的電流發(fā)熱的發(fā)熱電阻、電阻值相應(yīng)于發(fā)熱電阻溫度產(chǎn)生變化的第1溫度檢測體、及電阻值相應(yīng)于流體溫度產(chǎn)生變化的第2溫度檢測體；熱式流量傳感器還具有比較部分、計數(shù)器部分、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、及輸出運算部分；該比較部分比較電橋電路的中點電壓，按數(shù)字形式輸出比較結(jié)果；該計數(shù)器部分根據(jù)時鐘脈沖數(shù)對比較結(jié)果的數(shù)字輸出成為恒定值的繼續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)；該數(shù)模轉(zhuǎn)換器將計數(shù)器部分的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為電流供給到發(fā)熱電阻；該輸出運算部分累計預(yù)定期間計數(shù)器部分的輸出，將累計結(jié)果作為測定對象即流體的預(yù)定期間中的流量輸出。
另外，本發(fā)明的再另一方面的熱式流量傳感器用于測定流體的流量；其中具有發(fā)熱電阻、第1溫度檢測體、第2溫度檢測體、比較部分、電壓控制電流源、及輸出運算部分；該發(fā)熱電阻由供給的電流發(fā)熱；該第1溫度檢測體的電阻值相應(yīng)于發(fā)熱電阻溫度產(chǎn)生變化；該第2溫度檢測體的電阻值相應(yīng)于流體溫度產(chǎn)生變化；該比較部分比較第1溫度檢測體的兩端部以外的電壓和第2溫度檢測體兩端部以外的電壓，按數(shù)字形式輸出比較結(jié)果；該電壓控制電流源根據(jù)比較結(jié)果的數(shù)字輸出而且與發(fā)熱電阻的電阻值變化無關(guān)地決定電流值，供給到發(fā)熱電阻；該輸出運算部分根據(jù)預(yù)定期間的比較結(jié)果的數(shù)字輸出，運算作為測定對象的流體的預(yù)定期間中的流量，按數(shù)字形式輸出運算結(jié)果。
按照本發(fā)明，作為傳感器輸出，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的數(shù)字輸出。
本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點通過下面的與附圖相關(guān)地理解的、關(guān)于本發(fā)明的詳細(xì)說明而變得明確。


圖1為示出本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖2為時鐘脈沖23、分頻時鐘脈沖24、更新信號25、及更新信號26的時序圖。
圖3A為示出小流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。圖3B為大流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。
圖4為示出本發(fā)明第2實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖5為示出本發(fā)明第3實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖6A為示出小流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。圖6B為大流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。
圖7為示出本發(fā)明第4實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖8為示出本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖9為示出電壓控制電流源15的構(gòu)成的電路圖。
圖10為示出電壓控制電流源15的另一構(gòu)成例的電路圖。
圖11為本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的檢測元件的平面圖。
圖12為圖11的XII-XII的截面圖。
圖13為發(fā)熱電阻1和發(fā)熱體溫度檢測體2及其周邊部分的放大圖。
圖14為流體溫度檢測體3及其周邊部分的放大圖。
圖15為示出本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的安裝形式的圖。
圖16A為示出小流量時的中間點97和中間點98的電壓和比較器10的輸出的圖。圖16B為示出大流量時的中間點97和中間點98的電壓和比較器10的輸出的圖。
圖17為示出通過模擬計算出的時鐘脈沖計數(shù)值N的流量依存性的曲線圖。
圖18為示出通過模擬計算出的ΔTh的流量依存性的曲線圖。
圖19為示出數(shù)字輸出21的溫度系數(shù)的依存性的圖。
圖20為示出時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度特性的模擬結(jié)果的圖。
圖21為示出本發(fā)明第6實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖22為示出本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖23為示出本發(fā)明第8實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖24為示出本發(fā)明第9實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
圖25為示出本發(fā)明第10實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。
具體實施例方式
下面，根據(jù)

本發(fā)明的實施形式。圖中相同或相當(dāng)?shù)牟糠植捎孟嗤枺环磸?fù)進(jìn)行說明。
<第1實施形式> 圖1為示出本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如圖所示，熱式流量傳感器具有發(fā)熱電阻1、發(fā)熱體溫度檢測體(第1溫度檢測體)2、流體溫度檢測體(第2溫度檢測體)3、固定電阻4～6、固定電源9、時鐘脈沖發(fā)生器12、數(shù)模(數(shù)字到模擬)轉(zhuǎn)換器63、固定電源14、更新信號生成器17、逆變器19、比較部分81、及輸出運算部分82。更新信號生成器17包含分頻器17a、延遲電路17b、門17c、“與”門22。比較部分81包含差動放大器43、模數(shù)轉(zhuǎn)換器44、及觸發(fā)器(flip-flop)62。輸出運算部分82包含計數(shù)器64a～64c、觸發(fā)器(flip-flop)65、及加權(quán)加法器45。
發(fā)熱體溫度檢測體2相應(yīng)于溫度改變電阻值。發(fā)熱電阻1配置于發(fā)熱體溫度檢測體2的近旁，由供給的電流(以下也稱加熱電流)I16發(fā)熱，對發(fā)熱體溫度檢測體2進(jìn)行加熱。流體溫度檢測體3配置在不由發(fā)熱電阻1加熱的位置，電阻值相應(yīng)于流體的溫度變化。
由發(fā)熱體溫度檢測體2、流體溫度檢測體3、固定電阻4～6構(gòu)成電橋電路100。發(fā)熱體溫度檢測體2和固定電阻6的連接點成為電橋電路100的中點7，流體溫度檢測體3和固定電阻5的連接點成為電橋電路100的中點8。在這里，電橋電路100的中點7和8為電橋電路100處于平衡狀態(tài)時成為等電位的點。
另外，電橋電路100的中點電壓意味著發(fā)熱體溫度檢測體2與固定電阻6的連接點的電壓，另外，意味著流體溫度檢測體3與固定電阻5的連接點的電壓。
發(fā)熱電阻1、發(fā)熱體溫度檢測體2、流體溫度檢測體3例如由鉑、鎳等電阻值隨溫度變化的熱敏電阻材料形成。
例如在1g/s～200g/s間的預(yù)定流量下，當(dāng)電橋電路100處于平衡狀態(tài)時，使發(fā)熱體溫度檢測體2的溫度比流體溫度檢測體3的溫度高一定溫度地決定固定電阻4～6的電阻值。
差動放大器43在非反相輸入端子連接電橋電路100的中點7，在反相輸入端子連接電橋電路100的中點8。差動放大器43輸出與中點7和中點8的電壓差對應(yīng)的模擬電壓。
模數(shù)轉(zhuǎn)換器44具有3位的分辨率，將從差動放大器43接收到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，作為數(shù)據(jù)D1～D3輸出。在這里，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)D1與LSB對應(yīng)，另外，輸出數(shù)據(jù)D3與MSB對應(yīng)。模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率不限于3位，也可為其它位數(shù)。
觸發(fā)器62按由時鐘脈沖發(fā)生器12生成的時鐘脈沖23的時序?qū)哪?shù)轉(zhuǎn)換器44接收到的數(shù)據(jù)D1～D3進(jìn)行取樣和保持，輸出保持的數(shù)據(jù)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器63根據(jù)從固定電源14供給的基準(zhǔn)電壓Vref將從觸發(fā)器62接收到的數(shù)據(jù)D1～D3轉(zhuǎn)換成模擬電壓，供給到發(fā)熱電阻1。即，數(shù)模轉(zhuǎn)換器63根據(jù)比較部分81的輸出將加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。另外，數(shù)模轉(zhuǎn)換器63的分辨率為3位。
當(dāng)中點7和中點8的電壓差小時，差動放大器43的輸出電壓變小，所以，從數(shù)模轉(zhuǎn)換器63供給到發(fā)熱電阻1的電壓減小，當(dāng)中點7和中點8的電壓差大時，差動放大器43的輸出電壓增大，所以，從數(shù)模轉(zhuǎn)換器63供給到發(fā)熱電阻1的電壓增大。另外，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位，所以，供給到發(fā)熱電阻1的電壓按8級變化。
更新信號生成器17生成更新信號25。更為詳細(xì)地說，分頻器17a將時鐘脈沖23分頻，轉(zhuǎn)換成頻率低的分頻時鐘脈沖。延遲電路17b使從分頻器17a接收到的分頻時鐘脈沖延遲后輸出。門17c輸出從分頻器17a接收到的分頻時鐘脈沖與使從延遲電路17b接收到的時鐘脈沖的邏輯電平反相后的時鐘脈沖的邏輯與。“與”門22將從門17c接收到的數(shù)據(jù)與時鐘脈沖23的邏輯與作為更新信號25輸出。
逆變器19輸出將更新信號25的邏輯電平反相后的更新信號26。
計數(shù)器64a～64c分別在從觸發(fā)器62接收到的數(shù)據(jù)D1～D3為高電平期間，對時鐘脈沖23的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)，輸出9位的計數(shù)結(jié)果CNTD1～CNTD3。另外，計數(shù)器64a～64c按從逆變器19接收到的更新信號26的下降沿時刻復(fù)位，計數(shù)結(jié)果CNTD1～CNTD3的各位全部為低電平。在這里，計數(shù)器64a～64c的輸出為數(shù)字輸出，在該圖中，用1根粗虛線表示計數(shù)器64a～64c的輸出，但實際上存在計數(shù)器64a～64c的輸出位數(shù)相等數(shù)量的輸出線。該圖的CNTD1～3<0..8>表示通過粗虛線的數(shù)據(jù)為9位。在以下的說明中，粗虛線意味著數(shù)字總線輸出。
觸發(fā)器65按從“與”門22接收到的更新信號25的上升沿時刻對從計數(shù)器64a～64c接收到的計數(shù)結(jié)果CNTD1～CNTD3進(jìn)行取樣保持，將保持的數(shù)據(jù)作為計數(shù)結(jié)果CNTQ1～CNTQ3輸出。
加權(quán)加法器45在使從觸發(fā)器65接收到的計數(shù)結(jié)果CNTQ1～CNTQ3分別成為1倍、2倍或4倍后進(jìn)行加法運算。該加法運算結(jié)果成為更新信號25和更新信號26的1個周期的加熱電流電平的總量。然后，加權(quán)加法器45將加法運算結(jié)果作為熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21輸出。
觸發(fā)器65按更新信號25的上升沿時刻剛輸出數(shù)字輸出21后，更新信號26下降，從計數(shù)器64a～64c輸出的計數(shù)結(jié)果CNTD1～CNTD3的各位全部成為低電平。因此，按更新信號25和更新信號26的每一周期更新數(shù)字輸出21。
圖2為時鐘脈沖23、分頻時鐘脈沖24、更新信號25、及更新信號26的時序圖。
如該圖所示，計數(shù)器64a～64c按更新信號26的下降沿時刻將時鐘脈沖23的計數(shù)值置零。觸發(fā)器65按更新信號25的上升沿時刻即計數(shù)器64a～64c即將對時鐘脈沖23的計數(shù)值置零之前的時刻，對從計數(shù)器64a～64c接收到的計數(shù)結(jié)果進(jìn)行取樣和保持，將保持的數(shù)據(jù)作為計數(shù)結(jié)果CNTQ1～CNTQ3輸出。
下面，說明本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器的動作。下面，再次參照圖1可以看出，當(dāng)流體相對發(fā)熱體溫度檢測體2流動時，發(fā)熱體溫度檢測體2被冷卻，電阻值減小。
當(dāng)發(fā)熱體溫度檢測體2的電阻值變小時，中點7的電壓上升，差動放大器43的輸出電壓增大，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)成為較大的值。
觸發(fā)器62按由時鐘脈沖發(fā)生器12生成的時鐘脈沖23的時序?qū)哪?shù)轉(zhuǎn)換器44接收到的數(shù)據(jù)D1～D3進(jìn)行取樣和保持，輸出保持的數(shù)據(jù)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器63將從觸發(fā)器62接收到的較大值的數(shù)據(jù)D1～D3轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的高電壓值的模擬電壓，供給到發(fā)熱電阻1。
當(dāng)向發(fā)熱電阻1供給高電壓即供給電流值大的加熱電流時，發(fā)熱電阻1的發(fā)熱量增大，發(fā)熱電阻1的溫度上升。當(dāng)發(fā)熱電阻1的溫度上升時，處于發(fā)熱電阻1近旁的發(fā)熱體溫度檢測體2的溫度也上升，中點7的電壓下降。在中點7的電壓比中點8的電壓高的期間，持續(xù)將電流值大的加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。
當(dāng)中點7的電壓比中點8的電壓低時，差動放大器43的輸出電壓減小，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)成為較小的值。數(shù)模轉(zhuǎn)換器63將從觸發(fā)器62接收到的較小值的數(shù)據(jù)D1～D1轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的低電壓值的模擬電壓，供給到發(fā)熱電阻1。
由于從數(shù)模轉(zhuǎn)換器63供給的電壓即加熱電流減小，所以，發(fā)熱電阻1的溫度下降。當(dāng)發(fā)熱電阻1的溫度下降時，位于發(fā)熱電阻1近旁的發(fā)熱體溫度檢測體2的溫度也降低，中點7的電壓上升。
圖3A為示出小流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。圖3B為示出大流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。
如圖3A所示那樣，中點7的電壓33a關(guān)于中點8的電壓34a朝上下振動。在流體流量較小的場合，冷卻效果小，即，從發(fā)熱電阻1往流體的散熱量減小。這樣，發(fā)熱體溫度檢測體2的電阻值的下降幅度減小，所以，中點7的電壓上升幅度減小，中點7和中點8的電壓差減小。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)成為較小的值，加熱電流取用0～2表示的電平的電流值。由于冷卻效果小，所以，即使加熱電流的電平低，發(fā)熱電阻1的溫度也在較短的加熱時間上升，所以，中點7和中點8的電壓差在差動放大器43經(jīng)過短時間即變負(fù)，從模數(shù)轉(zhuǎn)換器44輸出的數(shù)據(jù)D1～D3全部成為低電平，加熱電流的電平成為0。另外，由于冷卻效果小，所以，一旦發(fā)熱電阻1的溫度上升，要很長時間才下降，加熱電流的電平為0的狀態(tài)長時間繼續(xù)。
如圖3B所示那樣，中點7的電壓33b關(guān)于中點8的電壓34b朝上下振動。在流體流量較大的場合，冷卻效果大，即，從發(fā)熱電阻1往流體的散熱量增大。這樣，發(fā)熱體溫度檢測體2的電阻值的下降幅度增大，所以，中點7的電壓上升幅度增大，中點7和中點8的電壓差增大。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)成為較大的值，加熱電流取用0～6表示的電平的電流值。由于冷卻效果大，所以，即使加熱電流的電流量大，發(fā)熱電阻1的溫度不容易上升，中點7和中點8的電壓差在差動放大器43變負(fù)需要較長時間。另外，由于冷卻效果大，所以，即使發(fā)熱電阻1的溫度一時上升，也立即下降，加熱電流的電平為0的狀態(tài)在短時間結(jié)束。
如圖3A所示那樣，在流體流量小的場合，在時鐘脈沖23的3個周期的時間將合計3電平(レベル)的加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。另外，如圖3B所示那樣，在流體流量大的場合，在時鐘脈沖23的3個周期的時間將合計12電平(レベル)的加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。
因此，通過計算出預(yù)定期間的模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)的總量，從而可檢測預(yù)定期間中的流體流量。
其中，在本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器中，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位，所以，可按1次的時鐘脈沖動作即時鐘脈沖23的1個時鐘脈沖獲得最大7的傳感器輸出。
另外，在本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器中，計數(shù)器64a～64c的時鐘脈沖即時鐘脈沖23的頻率為714kHz。另外，更新信號25和更新信號26成為2kHz地構(gòu)成更新信號生成器17。在該場合，計數(shù)器64a～64c的輸出位數(shù)可為9位。另外，加權(quán)加法器45分別使計數(shù)器64a～64c的計數(shù)結(jié)果CNTQ1～CNTQ3為1倍、2倍、或4倍后進(jìn)行加法運算，所以，數(shù)字輸出21成為11位。
可是，專利文獻(xiàn)1記載的熱式流量傳感器為模擬輸出，所以，為了獲得數(shù)字輸出，需要具有模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模擬電路和數(shù)字電路混合存在導(dǎo)致電路構(gòu)成復(fù)雜。另外，在專利文獻(xiàn)2、非專利文獻(xiàn)1、及非專利文獻(xiàn)2記載的熱式流量傳感器中，不具有作為傳感器輸出獲得高分辨率和高速響應(yīng)的數(shù)字輸出的構(gòu)成。
然而，在本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器中，比較部分81比較電橋電路100的中點7和中點8的電壓，按數(shù)字形式輸出比較結(jié)果。計數(shù)器64a～64c在從比較部分81接受到的數(shù)據(jù)D1～D3為高電平期間，對時鐘脈沖23進(jìn)行計數(shù)。然后，加權(quán)加法器45在分別使計數(shù)器64a～64c的計數(shù)結(jié)果CNTQ1～CNTQ3為1倍、2倍、或4倍后進(jìn)行加法運算。該加法運算結(jié)果成為更新信號25和更新信號26的1個周期間的加熱電流電平的總量，作為熱式流量傳感器的11位的數(shù)字輸出21輸出。另外，按更新信號25和更新信號26的每一周期，更新數(shù)字輸出21。按照這樣的構(gòu)成，不需要為了將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出而設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)電路構(gòu)成的簡化。另外，可獲得11位的分辨率和2kHz頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的傳感器輸出。
另外，在本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器中，作為時鐘脈沖23，可按714kHz的低速頻率獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別電路元件，可簡化電路構(gòu)成和降低制造成本。
另外，在本發(fā)明第1實施形式的熱式流量傳感器中，為了獲得具有11位的分辨率的數(shù)字輸出21，只要將模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率設(shè)為3位即可，可防止具有高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器導(dǎo)致電路構(gòu)成復(fù)雜化和制造成本增大。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。對圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號反復(fù)進(jìn)行其說明。
<第2實施形式>
本實施形式涉及相對第1實施形式的熱式流量傳感器改變模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)的計數(shù)方法的熱式流量傳感器。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第1實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖4為示出本發(fā)明第2實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，熱式流量傳感器與第1實施形式的熱式流量傳感器相比，在輸出運算部分82包含加法器46、觸發(fā)器47、及觸發(fā)器66。
加法器46將從觸發(fā)器62接收到的數(shù)據(jù)D1～D3與從加法器47接收到的加法運算結(jié)果SUMB相加，輸出加法運算結(jié)果SUMD。
觸發(fā)器47按時鐘脈沖23的時序?qū)募臃ㄆ?6接收到的加法運算結(jié)果SUMD進(jìn)行取樣和保持，將保持的數(shù)據(jù)作為加法運算結(jié)果SUMB輸出到加法器46和觸發(fā)器66。另外，觸發(fā)器47按從逆變器19接收到的更新信號26的下降沿時刻復(fù)位，加法運算結(jié)果SUMB的各位全部成為低電平。
觸發(fā)器66按從“與”門22接收到的更新信號25上升沿時刻對從觸發(fā)器47接收到的加法運算結(jié)果SUMB進(jìn)行取樣和保持。該保持的數(shù)據(jù)成為更新信號25和更新信號26的1個周期間的加熱電流電平的總量。觸發(fā)器66將保持的數(shù)據(jù)作為熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21輸出。
觸發(fā)器66剛按更新信號25上升沿時刻輸出數(shù)字輸出21后，更新信號26下降，從觸發(fā)器47輸出的加法運算結(jié)果SUMB的各位全部成為低電平。因此，按更新信號25和更新信號26的每個周期更新數(shù)字輸出21。另外，作為數(shù)字輸出21的觸發(fā)器66的輸出數(shù)據(jù)為11位。
因此，在本發(fā)明第2實施形式的熱式流量傳感器中，與第1實施形式的熱式流量傳感器同樣，不需要為了將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出而設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可簡化電路構(gòu)成。另外，可獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的傳感器輸出。另外，作為時鐘脈沖23，可按714kHz的低速頻率獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別電路元件，可簡化電路構(gòu)成和降低制造成本。另外，為了獲得具有11位的分辨率的數(shù)字輸出21，只要使模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位即可，可防止設(shè)置高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器而使電路構(gòu)成復(fù)雜化和制造成本增大。另外，在本發(fā)明第2實施形式的熱式流量傳感器中，由于加法器46直接進(jìn)行比較部分81的輸出數(shù)據(jù)的加法運算，所以，不需要計數(shù)器64a～64c。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第3實施形式>
本實施形式涉及相對第1實施形式的熱式流量傳感器改變比較部分81的構(gòu)成和比較部分81輸出的計數(shù)方法的熱式流量傳感器。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第1實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖5為示出本發(fā)明第3實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，熱式流量傳感器相對于第1實施形式的熱式流量傳感器，在比較部分81包含比較器10。輸出運算部分82包含計數(shù)器64a～64c、觸發(fā)器65、加權(quán)加法器45。計數(shù)器部分84包含計數(shù)器48、“與”門49、“與非”門50、及逆變器67。
比較器10在非反相輸入端子連接電橋電路100的中點7，在反相輸入端子連接電橋電路100的中點8。比較器10比較中點7和中點8的電壓，根據(jù)比較結(jié)果輸出邏輯電平高(以下稱高電平)或低(以下稱低電平)的數(shù)據(jù)。換言之，比較器10輸出與中點7和中點8的電壓的大小關(guān)系對應(yīng)的2值電壓。
逆變器67使比較器10的輸出數(shù)據(jù)的邏輯電平反相后輸出。計數(shù)器48對時鐘脈沖23的時鐘脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)。然后，當(dāng)比較器10的輸出數(shù)據(jù)為低電平時，計數(shù)器48對計數(shù)值進(jìn)行復(fù)位。即，計數(shù)器48將比較器10的輸出數(shù)據(jù)為高電平的繼續(xù)時間作為時鐘脈沖23的時鐘脈沖數(shù)而進(jìn)行計數(shù)，輸出計數(shù)結(jié)果D1～D3。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器63根據(jù)從固定電源14供給的基準(zhǔn)電壓Vref將從計數(shù)器48接收到的數(shù)據(jù)D1～D3轉(zhuǎn)換成模擬電壓，供給到發(fā)熱電阻1。即，數(shù)模轉(zhuǎn)換器63根據(jù)計數(shù)器部分83的輸出將加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。
在由“與”門49和“與非”門50構(gòu)成的組合電路中，當(dāng)計數(shù)結(jié)果D1～D3全部為高電平時，“與非”門50的輸出成為低電平，“與”門49的輸出成為低電平，所以，計數(shù)器48的ENP端子成為低電平。計數(shù)器48在ENP端子成為低電平時停止計數(shù)，維持計數(shù)結(jié)果D1～D3全部為高電平的狀態(tài)。即，計數(shù)器48在比較器10的輸出數(shù)據(jù)為高電平的狀態(tài)繼續(xù)大于等于時鐘脈沖23的7個周期的場合停止計數(shù)。按照這樣的構(gòu)成，在計數(shù)器48中，可防止從計數(shù)結(jié)果D1～D3全部為高電平的狀態(tài)進(jìn)一步對時鐘脈沖23進(jìn)行計數(shù)、計數(shù)結(jié)果D1～D3全部成為低電平的狀態(tài)。另外，由于計數(shù)器48的輸出為3位，所以，加熱電流按8級變化。
輸出運算部分82計算出更新信號25的1個周期間的加熱電流電平的總量將其作為數(shù)字輸出21輸出的構(gòu)成與第1實施形式的熱式傳感器相同。
圖6A為示出小流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。圖6B為大流量時的中點7和中點8的電壓、時鐘脈沖23及加熱電流的圖。
如圖6A所示那樣，中點7的電壓33a關(guān)于中點8的電壓34a朝上下振動。如使用圖3A說明的那樣，在流體流量較小的場合，中點7和中點8的電壓差減小。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)成為較小的值，加熱電流取用0～2表示的電平的電流值。另外，一旦發(fā)熱電阻1的溫度上升，要很長時間才下降，加熱電流的電平為0的狀態(tài)長時間繼續(xù)。
如圖6B所示那樣，中點7的電壓33b關(guān)于中點8的電壓34b朝上下振動。如使用圖3B說明的那樣，在流體流量較大的場合，中點7和中點8的電壓差增大。因此，模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)成為較大的值，加熱電流取用0～4表示的電平的電流值。另外，中點7和中點8的電壓差在差動放大器43要很長時間才變負(fù)，另一方面，即使發(fā)熱電阻1的溫度一時上升，也立即下降，加熱電流的電平為0的狀態(tài)在短時間結(jié)束。
如圖6A所示那樣，在流體流量小的場合，在時鐘脈沖23的4個周期的時間將合計3電平(レベル)的加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。另外，如圖6B所示那樣，在流體流量大的場合，在時鐘脈沖23的4個周期的時間將合計10電平(レベル)的加熱電流供給到發(fā)熱電阻1。
其中，在本發(fā)明第3實施形式的熱式流量傳感器中，計數(shù)器48輸出3位的計數(shù)結(jié)果，所以，與第1實施形式的熱式流量傳感器同樣，可在1次的時鐘脈沖動作即時鐘脈沖23的1個時鐘脈沖獲得最大7的傳感器輸出。
因此，在本發(fā)明第3實施形式的熱式流量傳感器中，與第1實施形式的熱式流量傳感器同樣，不需要為了將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出而設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可簡化電路構(gòu)成。另外，在本發(fā)明第3實施形式的熱式流量傳感器中，輸出運算部分82的構(gòu)成與在第1實施形式的熱式流量傳感器相同，所以，可獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的傳感器輸出。另外，作為時鐘脈沖23，可按714kHz的低速頻率獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別的電路元件，可簡化電路構(gòu)成和降低制造成本。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第4實施形式>
本實施形式涉及組合第2實施形式和第3實施形式的熱式流量傳感器的一部分的熱式流量傳感器。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第1實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖7為示出本發(fā)明第4實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，比較部分81將比較器10的輸出數(shù)據(jù)為高電平的繼續(xù)時間計數(shù)成時鐘脈沖23的時鐘脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)的構(gòu)成與第3實施形式的熱式流量傳感器相同。
另外，輸出運算部分82計算出更新信號25的1個周期間的加熱電流電平的總量作為數(shù)字輸出21輸出的構(gòu)成，與第2實施形式的熱式流量傳感器相同。
因此，在本發(fā)明第4實施形式的熱式流量傳感器中，與第2實施形式和第3實施形式的熱式流量傳感器同樣，不需要為了將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出而設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可簡化電路構(gòu)成。另外，由于可獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的傳感器輸出。另外，作為時鐘脈沖23，可按714kHz的低速頻率獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別的電路元件，可簡化電路構(gòu)成和降低制造成本。另外，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，由于加法器46直接進(jìn)行比較部分81的輸出數(shù)據(jù)的加法運算，所以，不需要計數(shù)器64a～64c。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第5實施形式>
本實施形式涉及抑制傳感器輸出的溫度依存性的熱式流量傳感器。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第1實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖8為示出本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，熱式流量傳感器具有發(fā)熱電阻1、發(fā)熱體溫度檢測體(第1溫度檢測體)2、流體溫度檢測體(第2溫度檢測體)3、固定電阻4～6、固定電源9、時鐘脈沖發(fā)生器12、數(shù)模(數(shù)字到模擬)轉(zhuǎn)換器13、固定電源14、電壓控制電流源15、更新信號生成器17、逆變器19、比較部分81、及輸出運算部分82。更新信號生成器17包含分頻器17a、延遲電路17b、門17c、“與”門22。比較部分81包含比較器10和觸發(fā)器11。輸出運算部分82包含計數(shù)器18和觸發(fā)器20。
由發(fā)熱體溫度檢測體2、流體溫度檢測體3、固定電阻4～6構(gòu)成電橋電路100。在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，發(fā)熱體溫度檢測體2的中間點97與電橋電路100的中點7相當(dāng)，流體溫度檢測體3的中間點98與中點8相當(dāng)。
比較器10在非反相輸入端子連接發(fā)熱體溫度檢測體2的中間點97，在反相輸入端子連接流體溫度檢測體3的中間點98。比較器10比較中間點97和中間點98的電壓，根據(jù)比較結(jié)果，輸出高電平或低電平的數(shù)據(jù)。
觸發(fā)器11按由時鐘脈沖發(fā)生器12生成的時鐘脈沖23的時序?qū)谋容^器10接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣和保持，輸出保持的數(shù)據(jù)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器13根據(jù)從固定電源14供給的基準(zhǔn)電壓Vref將從觸發(fā)器11接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬電壓后輸出。另外，數(shù)模轉(zhuǎn)換器13的分辨率為1位。
電壓控制電流源15將從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13接收到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成電流，作為加熱電流I16供給到發(fā)熱電阻1。另外，電壓控制電流源15僅根據(jù)從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13接收到的模擬電壓決定加熱電流I16的值，該加熱電流I16的值不受發(fā)熱電阻1的電阻值變化的影響。因此，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓恒定的期間，加熱電流I16的值除了干擾和電路元件的噪聲成分等導(dǎo)致的變動外，保持恒定。
圖9為示出電壓控制電流源15的構(gòu)成的電路圖。如該圖所示那樣，電壓控制電流源15包含差動放大器71和電阻值R的電阻73。從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13將模擬電壓Vin輸入到差動放大器71的非反相輸入端子，在反相輸入端子連接發(fā)熱電阻1的一端和電阻73的一端，在輸出端子連接發(fā)熱電阻1的另一端。電阻73的另一端連接到接地電位。
圖10為示出電壓控制電流源15的另一構(gòu)成的電路圖。如該圖所示那樣，電壓控制電流源15包含差動放大器71、差動放大器72、電阻值R的電阻73、及電阻值R1的電阻74～77。在差動放大器71的非反相輸入端子連接電阻74的一端和電阻75的一端，在反相輸入端子連接電阻76的一端和電阻77的一端，在輸出端子連接電阻74的另一端和電阻73的一端。在差動放大器72的非反相輸入端子連接電阻73的另一端和發(fā)熱電阻1的一端，在反相輸入端子連接輸出端子和電阻76的另一端。發(fā)熱電阻1的另一端和電阻77的另一端連接到接地電位。從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13將模擬電壓Vin輸入到電阻71的另一端。
在圖9和圖10的構(gòu)成中，都由差動放大器71構(gòu)成負(fù)反饋電路，所以，供給到發(fā)熱電阻1的加熱電流I16與發(fā)熱電阻1的電阻值無關(guān)地成為Vin/R，即，即使發(fā)熱電阻1的電阻值隨溫度等產(chǎn)生變化，加熱電流I16也保持為基于模擬電壓Vin的電流值。
再次參照圖4可以看出，在從觸發(fā)器11接收到的數(shù)據(jù)為高電平期間，計數(shù)器18對時鐘脈沖23的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)。另外，計數(shù)器18從逆變器19接收更新信號26，按更新信號26的下降沿時刻將時鐘脈沖23的計數(shù)值置零。
觸發(fā)器20按從更新信號生成器17接收到的更新信號25的上升沿時刻對從計數(shù)器18接收到的計數(shù)結(jié)果進(jìn)行取樣和保持，將保持的數(shù)據(jù)作為熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21輸出。
再次參照圖2可以看出，計數(shù)器18按更新信號26的下降沿時刻將時鐘脈沖23的計數(shù)值置零。觸發(fā)器20按更新信號25的上升沿時刻，即計數(shù)器18即將對時鐘脈沖23的計數(shù)值進(jìn)行置零前的時刻，對從計數(shù)器18接收到的計數(shù)結(jié)果進(jìn)行取樣和保持，將保持的數(shù)據(jù)作為熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21輸出。
下面，說明本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的檢測元件的構(gòu)造。
圖11為本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的檢測元件的平面圖。圖12為圖11的XII-XII的截面圖。但是，圖12將圖11的XII-XII的尺寸多少放大一些示出。圖13為發(fā)熱電阻1和發(fā)熱體溫度檢測體2及其周邊部分的放大圖。圖14為流體溫度檢測體3及其周邊部分的放大圖。
如圖12所示那樣，在硅基片28上形成絕緣膜30，通過腐蝕除去絕緣膜30的背側(cè)的硅基片的一部分，形成膜片27。在膜片27上形成有由例如鉑等具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻材料構(gòu)成的發(fā)熱電阻1和發(fā)熱體溫度檢測體2。發(fā)熱電阻1和發(fā)熱體溫度檢測體2由絕緣膜31保護表面。
如圖11所示那樣，流體溫度檢測體3在不易受到發(fā)熱電阻1的熱影響的位置按與發(fā)熱電阻1和發(fā)熱體溫度檢測體2同樣的材料和方法形成。
如圖13所示那樣，從發(fā)熱電阻1和發(fā)熱體溫度檢測體2的兩端和中間點97延伸布線，通過形成于布線終端的圖11所示焊墊(pad)29與圖8中的各電路連接。
如圖14所示那樣，從流體溫度檢測體3兩端和中間點98延伸布線，通過形成于布線終端的圖11所示焊墊29與圖8的各電路連接。
另外，圖15為示出本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的安裝形式的圖。如該圖所示，相對于附設(shè)于流體流通的管路等的傳感器支承部分(保持架等安裝構(gòu)件)70，使硅基片28的基片面沿流體的流動方向即基片面平行于流線地安裝熱式流量傳感器。此時，決定熱式流量傳感器的方向，使得形成于膜片(薄壁部分)27的發(fā)熱體溫度檢測體2的上游部分2a關(guān)于流動方向處于上游側(cè)，同時，發(fā)熱體溫度檢測體2的下游部分2b關(guān)于流動方向處于下游側(cè)。
下面，說明本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的動作。如圖12所示那樣，流體從該圖所示箭頭方向流動時，發(fā)熱體溫度檢測體2的上游部分2a比下游部分2b容易冷卻，所以，上游部分2a的電阻值比下游部分2b的電阻值小。
再次參照圖8可以看出，當(dāng)上游部分2a的電阻值比下游部分2b的電阻值小時，發(fā)熱體溫度檢測體2的中間點97的電壓上升，比較器10的輸出數(shù)據(jù)成為高電平。
觸發(fā)器11按時鐘脈沖23的上升沿時刻對從比較器10接收到的高電平的數(shù)據(jù)進(jìn)行取樣和保持，輸出保持的高電平的數(shù)據(jù)。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器13根據(jù)從固定電源14供給的基準(zhǔn)電壓Vref將從觸發(fā)器11接收到的高電平的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓(以下也稱高電壓)。
電壓控制電流源15將從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13接收到的電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電流(以下也稱高電平的電流或高電流)，供給到發(fā)熱電阻1。
當(dāng)向發(fā)熱電阻1供給高電流時，發(fā)熱電阻1的發(fā)熱量增加，發(fā)熱電阻1的溫度上升。當(dāng)發(fā)熱電阻1的溫度上升時，處于發(fā)熱電阻1近旁的發(fā)熱體溫度檢測體2的溫度也上升，中間點97的電壓下降。在中間點97的電壓比流體溫度檢測體3的中間點98的電壓高的期間，高電流持續(xù)供給到發(fā)熱電阻1。
當(dāng)中間點97的電壓比中間點98的電壓低時，比較器10的輸出數(shù)據(jù)成為低電平，觸發(fā)器11向數(shù)模轉(zhuǎn)換器13輸出低電平的數(shù)據(jù)。數(shù)模轉(zhuǎn)換器13將從觸發(fā)器11接收到的低電平的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的模擬電壓(以下也稱低電壓)。
電壓控制電流源15將從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13接收到的低電壓轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電流(以下也稱為低電平的電流或低電流)，供給到發(fā)熱電阻1。在該場合，數(shù)模轉(zhuǎn)換器13為1位，低電流為0A。
由于從電壓控制電流源15供給的電流為0A，所以，發(fā)熱電阻1不發(fā)熱，溫度下降。當(dāng)發(fā)熱電阻1的溫度下降時，處于發(fā)熱電阻1近旁的發(fā)熱體溫度檢測體2的溫度也下降，中間點97的電壓上升。在中間點97的電壓比中間點98的電壓低的期間，加熱電流仍為0A。
圖16A為示出小流量時的中間點97和中間點98的電壓和比較器10的輸出的圖。圖16B為示出大流量時的中間點97和中間點98的電壓和比較器10的輸出的圖。
如該圖16A所示那樣，中間點97的電壓33a關(guān)于中間點98的電壓34a朝上下振動。在流體流量較小的場合，從發(fā)熱電阻1往流體的散熱量減小，所以，發(fā)熱電阻1的溫度在短加熱時間內(nèi)上升，一旦發(fā)熱電阻1的溫度上升，要很長時間才下降。因此，低電流從電壓控制電流源15供給到發(fā)熱電阻1的時間變長。即，比較器10的輸出35a為高電平的時間變短，低電平的時間變長。
如該圖16B所示那樣，中間點97的電壓33b關(guān)于中間點98的電壓34b朝上下振動。在流體流量大的場合，從發(fā)熱電阻1往流體的散熱量增大，所以，發(fā)熱電阻1的溫度上升需要較長的加熱時間，即使溫度一時上升，也在短時間內(nèi)下降。因此，高電流從電壓控制電流源15供給到發(fā)熱電阻1的時間變長。即，比較器10的輸出35b為高電平的時間變長，低電平的時間變短。
因此，通過測量預(yù)定期間的比較器10輸出數(shù)據(jù)為高電平的時間或為低電平的時間，即測量在預(yù)定期間中加熱電流的電流量大于等于預(yù)定值(加熱電流為高電流)的時間，從而可檢測預(yù)定期間中的流體流量。
如上述那樣，計數(shù)器18在從觸發(fā)器11接收到的數(shù)據(jù)即比較器10的輸出數(shù)據(jù)為高電平的期間，對時鐘脈沖23的數(shù)量進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)器18按更新信號26的下降沿時刻將時鐘脈沖23的計數(shù)值置零。計數(shù)器18即將置零前的計數(shù)值成為表示流體流量的數(shù)字輸出21。
下面，在假定時鐘脈沖23具有5MHz的頻率、更新信號25具有2kHz的頻率的條件下進(jìn)行說明。
計數(shù)器18由于按2kHz的更新信號25的1個周期間即0.5msec的1個周期間對5MHz的時鐘脈沖23進(jìn)行計數(shù)，所以，可對最大2500個時鐘脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)。因此，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，可獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21。
設(shè)按某一流量在時間t期間計數(shù)的時鐘脈沖數(shù)為N。在這里，更新信號25的周期即計數(shù)器18的時鐘脈沖計數(shù)時間為t(在本實施形式中為0.5msec)。根據(jù)該時鐘脈沖計數(shù)值N，決定本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21。
當(dāng)設(shè)時鐘脈沖23的周期即由計數(shù)器18計數(shù)的時鐘脈沖的周期為tc(在本實施形式中為0.2μsec)時，電壓控制電流源15供給到發(fā)熱電阻1的加熱電流成為高電平(IH)的時間tH按下式表示。
tH＝N·tc...(1)加熱電流為低電平(IL)的時間tL由下式表示。
tL(ttc-N)·tc...(2)]]>其中，當(dāng)設(shè)發(fā)熱電阻1的電阻值為Rh時，在穩(wěn)定狀態(tài)下在時間t的期間由發(fā)熱電阻1產(chǎn)生的發(fā)熱能量Eh按下式表示。
Eh＝Rh·IH2·tH+Rh·IL2·tL...(3)[式4]Rh·IH2N·tc+Rh·IL2(ttc-N)·tc...(4)]]>
如設(shè)散熱系數(shù)為H，發(fā)熱電阻1與流體的溫差為ΔTh，則從發(fā)熱電阻1散失到周圍的能量Ec由下式表示。
Ec＝H·ΔTh·t...(5)由于在穩(wěn)定狀態(tài)下Eh＝Ec，所以，下式成立。
Rh·IH2N·tc+Rh·IL2(ttc-N)·tc=H·ΔTh·t...(6)]]>[式7]Rh·IH2N+Rh·IL2(ttc-N)=H·ΔTh·ttc...(7)]]>[式8]Rh·(IH2-IL2)N=(H·ΔTh-Rh·IL2)ttc...(8)]]>如解關(guān)于N的方程式(8)，則N由下式表示。
N=H·ΔTh-Rh·IL2Rh·(IH2-IL2)ttc...(9)]]>[式10]=1IH2-IL2(H·ΔThRh-IL2)ttc...(10)]]>其中，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，由于從電壓控制電流源15向發(fā)熱電阻1供給電流脈沖，所以，在該熱式流量傳感器中，進(jìn)行數(shù)字控制，但如在時間上平均地考慮，則圖8所示電橋電路100可認(rèn)為處于平衡狀態(tài)。
因此，如設(shè)發(fā)熱體溫度檢測體2的上游部分2a的電阻值為Rsu，下游部分2b的電阻值為Rsd，流體溫度檢測體3的上游部分3a的電阻為Rau，下游部分3b的電阻為Rad，固定電阻4、5、6的電阻值分別為R1、R2、R3，則根據(jù)電橋電路的平衡式，下式成立。

Rsu=(R1+Rau)(R3+Rsd)R2+Rad...(11)]]>在流體溫度恒定的場合，Rsu由下式表示。
Rsu＝C·(R3+Rsd)C=R1+RauR2+Rad=const...(12)]]>如設(shè)發(fā)熱體溫度檢測體2的上游部分2a和下游部分2b的電阻比為r，則r由下式表示。
r=RsdRsu...(13)]]>將式(13)代入到式(11)，關(guān)于Rsu進(jìn)行求解，則Rsu由下式表示。
Rsu=C·R31-C·r...(14)]]>圖17為示出通過模擬計算出的時鐘脈沖計數(shù)值N的流量依存性的曲線圖。圖18為示出通過模擬計算出的ΔTh的流量依存性的曲線圖。
由于上游部分2a比下游部分2b更容易由流體冷卻，所以，r隨流量增大而增大。因此，從式(14)可以看出，當(dāng)流體的流量增加時，Rsu增大，發(fā)熱電阻1的溫度上升。
更詳細(xì)地說，在穩(wěn)定狀態(tài)即電橋電路100為平衡狀態(tài)的場合，當(dāng)流體的流量增加時，Rsu一時下降。當(dāng)Rsu相對Rsd減小時，電橋電路100不為平衡狀態(tài)。即，發(fā)熱體溫度檢測體2的中間點97的電壓上升，中間點97的電壓比中間點98的電壓高。這樣，比較器10的輸出數(shù)據(jù)為高電平，數(shù)模轉(zhuǎn)換器13輸出高電壓，電壓控制電流源15向發(fā)熱電阻1供給高電流。當(dāng)向發(fā)熱電阻1供給高電流時，發(fā)熱電阻1的發(fā)熱量增加，發(fā)熱電阻1的溫度上升。發(fā)熱體溫度檢測體2由發(fā)熱電阻1加熱，溫度上升，發(fā)熱體溫度檢測體2具有正的溫度系數(shù)，所以，Rsu和Rsd增大。
其中，Rsd隨Rsu一起增大，Rsu增大導(dǎo)致的中間點97的電壓降通過Rsd增大而抵消一部分，電橋電路100的非平衡狀態(tài)繼續(xù)。即，中間點97的電壓比中間點98的電壓高的狀態(tài)繼續(xù)，電壓控制電流源15進(jìn)一步將高電流供給到發(fā)熱電阻1。然后，發(fā)熱電阻1的溫度進(jìn)一步上升，發(fā)熱體溫度檢測體2由發(fā)熱電阻1加熱，溫度進(jìn)一步上升，與流體的流量增大前相比，Rsu增大，電橋電路100返回到平衡狀態(tài)。從以上可知，當(dāng)流體的流量增加時，如圖17所示那樣，時鐘脈沖計數(shù)值N增大，另外，如圖18所示那樣，ΔTh增大。
下面，說明時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度特性。
在式(10)中，t和tc為預(yù)先決定的值，與溫度無關(guān)地恒定。另外，如上述那樣，電壓控制電流源15與發(fā)熱電阻1的溫度變化即發(fā)熱電阻1的電阻值變化無關(guān)地將加熱電流保持恒定，所以，IH和IL與溫度無關(guān)地保持恒定。另一方面，H·ΔTh/Rh具有溫度特性。因此，時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度特性依存于H·ΔTh/Rh。
在這里，散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)αH根據(jù)向流體的散熱系數(shù)和向傳感器支承部分70的散熱系數(shù)的和決定。即，設(shè)向流體的散熱系數(shù)為Hv，Hv的溫度系數(shù)為αv，向傳感器支承部分70的散熱系數(shù)為Hd，Hd的溫度系數(shù)為αd，則散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)αH由下式表示。
αH=HvHαv+HdHαd...(15)]]>其中，如流體為空氣，則αv為正的值，αd根據(jù)傳感器支承部分70的材質(zhì)可取正負(fù)雙方的值。在具有圖11和圖12所示那樣的構(gòu)造的熱式流量傳感器中，一般αd＞αv＞0成立，所以，散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)αH具有正的值，隨流量增大而減小。
設(shè)流體溫度為Ta，則ΔTh/Rh由下式表示。
ΔThRh=ΔThRh0(1+αΔTh+αTa)...(16)]]>其中，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，對于流量恒定的場合，即使流體溫度Ta變化，也使得ΔTh基本不變化地調(diào)整電橋電路100。
更詳細(xì)地說，設(shè)發(fā)熱體溫度檢測體2的上游部分2a與流體的溫差為ΔTsu，發(fā)熱體溫度檢測體2的下游部分2b與流體的溫差為ΔTsd，流體溫度Ta為0℃時的Rsu、Rsd、Rau、及Rad的值為Rsu0、Rsd0、Rau0、及Rad0，發(fā)熱體溫度檢測體2和流體溫度檢測體3的材質(zhì)相同，所以，如設(shè)Rsu、Rsd、Rau、及Rad的電阻溫度系數(shù)為相同的值α，則根據(jù)式(11)，下式成立。
Rsu0(1+αΔTsu+αTa)=(R1+Rau0(1+αTa))(R3+Rsd0(1+αΔTsd+αTa))R2+Rad0(1+αTa)...(17)]]>為了即使流體溫度Ta變化也不使ΔTh即ΔTsu和ΔTsd變化地使式(17)成立，調(diào)整R1和Rau0的比例即可。
因此，在式(16)中，當(dāng)流體溫度Ta增大時，ΔTh/Rh減小，所以，ΔTh/Rh具有負(fù)的溫度系數(shù)。另外，如使用圖18說明的那樣，當(dāng)流量增大時，ΔTh增大，所以，當(dāng)流量增大時，Ta對ΔTh/Rh的影響相對減小。因此，當(dāng)流量增大時，ΔTh/Rh的溫度系數(shù)的絕對值減小。
圖19為示出數(shù)字輸出21的溫度系數(shù)的流量依存性的圖。
從該圖可以看出，如上述那樣，散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)αH具有正的值，同時，隨流量增大而減小，另外，ΔTh/Rh的溫度系數(shù)具有負(fù)的值，同時，絕對值隨流量增大而減小，所以，從式(10)可以看出，散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)38與ΔTh/Rh的溫度系數(shù)39相互抵消，時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度系數(shù)40的絕對值變得非常小。因此，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，可使數(shù)字輸出21的溫度依存性非常小。
在這里，對本發(fā)明第1～第4實施形式的熱式流量傳感器，即沒有電壓控制電流源15、從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13對發(fā)熱電阻1施加模擬電壓的構(gòu)成，考察其溫度依存性。
在這樣的構(gòu)成中，由于加熱電流相應(yīng)于發(fā)熱電阻1的電阻值變化而改變，所以，IH和IL具有溫度依存性。在該場合，在式(10)中，將具有溫度依存性的IH和IL轉(zhuǎn)換成沒有溫度依存性即與發(fā)熱電阻1的電阻值變化無關(guān)地不變化的數(shù)模轉(zhuǎn)換器13的輸出電壓VH和輸出電壓VL，獲得下式。
N=1(VHRh)2-(VLRh)2(H·ΔThRh-(VLRh)2)ttc]]>=1VH2-VL2(H·ΔTh·Rh-VL2)ttc...(18)]]>從式(18)可以看出，ΔTh/Rh的項成為ΔTh×Rh。即，散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)38與ΔTh×Rh的溫度系數(shù)相互不抵消，所以，時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度系數(shù)40的絕對值不變小，不能減小數(shù)字輸出21的溫度依存性。
圖20為示出時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度特性的模擬結(jié)果的圖。
如該圖所示那樣，由符號41示出的線為-20℃的場合的流量換算漂移(drift)，由符號42示出的線為80℃的場合的流量換算漂移。
從該圖可以看出，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，在-20～80℃的溫度范圍和0～250g/s的流量范圍中，流量換算漂移大體在±2％或其以內(nèi)，可獲得溫度依存性非常低的優(yōu)良的溫度特性。
可是，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，比較部分81比較發(fā)熱體溫度檢測體2的中間點97和流體溫度檢測體3的中間點98的電壓，按數(shù)字形式輸出比較結(jié)果。然后，在從觸發(fā)器11接收到的數(shù)據(jù)為高電平期間，計數(shù)器18對時鐘脈沖23進(jìn)行計數(shù)。計數(shù)器18即將置零前的計數(shù)值成為11位的熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21，按更新信號25和更新信號26的每個周期更新數(shù)字輸出21。按照這樣的構(gòu)成，與本發(fā)明第1實施形式同樣，不需要為了將傳感器的模擬輸出轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出而設(shè)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可實現(xiàn)電路構(gòu)成的簡化。另外，可獲得具有11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的傳感器輸出。
另外，在專利文獻(xiàn)2和非專利文獻(xiàn)1記載的熱式流量傳感器中，未采取用于抑制傳感器輸出的溫度依存性的對策。另外，在非專利文獻(xiàn)2記載的熱式流量傳感器中，雖然采取了用于抑制傳感器輸出的溫度依存性的對策，但需要將2個熱電偶分別控制為不同的溫度，存在電路構(gòu)成變得復(fù)雜的問題。然而，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，電壓控制電流源15根據(jù)表示比較部分81的比較結(jié)果的數(shù)字輸出，將加熱電流供給到發(fā)熱電阻1，與發(fā)熱電阻1的電阻的變化無關(guān)地將加熱電流保持恒定。按照這樣的構(gòu)成，式(16)成立，散熱系數(shù)H的溫度系數(shù)38與ΔTh/Rh的溫度系數(shù)39相互抵消，時鐘脈沖計數(shù)值N的溫度系數(shù)40的絕對值非常小。因此，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，作為傳感器輸出，可獲得高分辨率和高速響應(yīng)的數(shù)字輸出，同時，可抑制傳感器輸出的溫度依存性。
在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，比較器10形成比較中間點97和中間點98的電壓的構(gòu)成，但不限于此。為了獲得良好的溫度特性，需要發(fā)熱電阻1與流體的溫差ΔTh隨流量增大而增大，該現(xiàn)象由這樣的構(gòu)成也可實現(xiàn)，即，比較器10比較發(fā)熱體溫度檢測體2的不處于中間點也不處于兩端部的部位的電壓與流體溫度檢測體3的不處于中間點也不處于兩端部的部位的電壓。即，式(14)的參數(shù)r隨流量增大地調(diào)整Rsu、Rsd的值，從而可抑制傳感器輸出的溫度依存性。
另外，在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，電壓控制電流源15將從數(shù)模轉(zhuǎn)換器13接收到的模擬電壓轉(zhuǎn)換成電流，作為加熱電流I16供給到發(fā)熱電阻1，但不限于此。熱式流量傳感器也可為沒有數(shù)模轉(zhuǎn)換器13的構(gòu)成，或電壓控制電流源15將比較部分81的輸出數(shù)據(jù)的高電平和低電平轉(zhuǎn)換成適當(dāng)電流量的加熱電流后供給到發(fā)熱電阻1的構(gòu)成。但是，熱式流量傳感器具有數(shù)模轉(zhuǎn)換器13的構(gòu)成可容易地調(diào)整與比較部分81的輸出數(shù)據(jù)對應(yīng)的加熱電流量，所以，為理想的構(gòu)成。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第6實施形式>
本實施形式涉及增大數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率的熱式流量傳感器。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第5實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖21為示出本發(fā)明第6實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示，熱式流量傳感器相對于第5實施形式的熱式流量傳感器，設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器61代替數(shù)模轉(zhuǎn)換器13。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器61的分辨率為n(n為大于等于2的自然數(shù))位。數(shù)模轉(zhuǎn)換器61的端子D1與MSB(最高有效位)對應(yīng)，端子Dn與LSB(最低有效位)對應(yīng)。觸發(fā)器11的輸出連接于端子D1和端子D2，端子Dn-1和端子Dn連接于高電平。
這樣，通過選擇將觸發(fā)器11的輸出連接到端子D1～Dn中的哪一個，另外，選擇將不連接觸發(fā)器11的輸出的端子連接到高電平或連接到低電平，從而可細(xì)微地調(diào)整與比較器10的比較結(jié)果對應(yīng)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器61的輸出電壓，可細(xì)微地調(diào)整從電壓控制電流源15供給的高電流的電流值IH和低電流的電流值IL。然后，根據(jù)式(10)，時鐘脈沖計數(shù)值N的偏移與IL2的項對應(yīng)，另外，增益與1/(IH2-IL2)的項對應(yīng)，所以，通過調(diào)整IH和IL，從而可調(diào)整時鐘脈沖計數(shù)值N的偏移和增益。
因此，在本發(fā)明第6實施形式的熱式流量傳感器中，相對于第5實施形式的熱式流量傳感器，通過使數(shù)模轉(zhuǎn)換器61的分辨率為多位，從而不追加新的電路即可更細(xì)微地調(diào)整時鐘脈沖計數(shù)值N，即熱式流量傳感器的數(shù)字輸出21的偏移和增益。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第7實施形式>
本實施形式涉及這樣的熱式流量傳感器，該熱式流量傳感器相對于第5實施形式的熱式流量傳感器，使比較部分81和輸出運算部分82的構(gòu)成與第1實施形式相同。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第1實施形式和第5實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖22為示出本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，熱式流量傳感器相比第5實施形式的熱式流量傳感器，設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器63代替數(shù)模轉(zhuǎn)換器13。比較部分81包含差動放大器43、模數(shù)轉(zhuǎn)換器44、觸發(fā)器62。輸出運算部分82包含計數(shù)器64a～64c、觸發(fā)器65、加權(quán)加法器45。
數(shù)模轉(zhuǎn)換器63根據(jù)從固定電源14供給的基準(zhǔn)電壓Vref將從觸發(fā)器62接收到的數(shù)據(jù)D1～D3轉(zhuǎn)換成模擬電壓后輸出。另外，數(shù)模轉(zhuǎn)換器63的分辨率為3位。
中間點97和中間點98的電壓差小時，差動放大器43的輸出電壓變小，所以，從電壓控制電流源15供給到發(fā)熱電阻1的電流減小，當(dāng)中間點97和中間點98的電壓差大時，差動放大器43的輸出電壓增大，所以，從電壓控制電流源15供給到發(fā)熱電阻1的電流增大。另外，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位，所以，供給到發(fā)熱電阻1的電流按8級變化。
在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，可在時鐘脈沖23的1個時鐘脈沖獲得最大1的傳感器輸出，但在本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器中，由于模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位，所以，可在1次的時鐘脈沖動作即時鐘脈沖23的1個時鐘脈沖獲得最大7的傳感器輸出。因此，在本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器中，可相對本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器實現(xiàn)7倍的分辨率。
另外，在本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器中，實現(xiàn)與第5實施形式的熱式流量傳感器同等的頻率響應(yīng)和分辨率地構(gòu)成。即，計數(shù)器64a～64c的時鐘脈沖即時鐘脈沖23的頻率下降為本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器的1/7。具體地說，時鐘脈沖23的頻率從5MHz下降到714kHz。另外，更新信號25和更新信號26與本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器同樣地成為2kHz地構(gòu)成更新信號生成器17。在該場合，在計數(shù)器64a～64c中，按更新信號26的1個周期計數(shù)的時鐘脈沖23的時鐘脈沖數(shù)減少為1/7，所以，可將計數(shù)器64a～64c的輸出位數(shù)從11位減少成9位。另外，加權(quán)加法器45分別使計數(shù)器64a～64c的計數(shù)結(jié)果CNTQ1～CNTQ3為1倍、2倍、或4倍后進(jìn)行加法運算，所以，數(shù)字輸出21成為11位。
因此，在本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器中，即使時鐘脈沖23比本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器低速，也可獲得具有與本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器同等的11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別的電路元件，可進(jìn)一步實現(xiàn)電路構(gòu)成的簡化和制造成本的降低。
另外，專利文獻(xiàn)1記載的熱式流量傳感器為模擬輸出，為了獲得數(shù)字輸出，僅是將模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接于模擬輸出，在這樣的構(gòu)成中，為了提高傳感器的精度，需要具有高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，存在電路構(gòu)成變得復(fù)雜的問題。然而，在本發(fā)明第7實施形式的熱式流量傳感器中，為了獲得具有11位的分辨率的數(shù)字輸出21，只要設(shè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位即可，可防止設(shè)置高分辨率的模數(shù)轉(zhuǎn)換器導(dǎo)致電路構(gòu)成復(fù)雜化和制造成本增大。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第8實施形式>
本實施形式涉及這樣的熱式流量傳感器，該熱式流量傳感器相對于第7實施形式的熱式流量傳感器，改變模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的輸出數(shù)據(jù)的計數(shù)方法，即，使比較部分81和輸出運算部分82的構(gòu)成與第2實施形式同樣。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第2和第7實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖23為示出本發(fā)明第8實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示，該熱式流量傳感器相比第7實施形式的熱式流量傳感器，輸出運算部分82包含加法器46、觸發(fā)器47、及觸發(fā)器66。
在本發(fā)明第8實施形式的熱式流量傳感器中，與第7實施形式的熱式流量傳感器同樣，即使時鐘脈沖23比本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器低速，也可獲得具有與本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器同等的11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別的電路元件，可進(jìn)一步實現(xiàn)電路構(gòu)成的簡化和制造成本的降低。
另外，在本發(fā)明第8實施形式的熱式流量傳感器中，與第7實施形式的熱式流量傳感器同樣，為了獲得具有11位的分辨率的數(shù)字輸出21，只要使模數(shù)轉(zhuǎn)換器44的分辨率為3位即可，可防止設(shè)置高分辨率的數(shù)模轉(zhuǎn)換器而使電路構(gòu)成復(fù)雜化和制造成本增大。另外，在本發(fā)明第8實施形式的熱式流量傳感器中，由于加法器46直接進(jìn)行比較部分81的輸出數(shù)據(jù)的加法運算，所以，不需要計數(shù)器64a～64c。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第9實施形式>
本實施形式涉及相對于第5實施形式的熱式流量傳感器改變比較器10輸出計數(shù)方法的熱式流量傳感器，即該熱式流量傳感器的比較部分81和輸出運算部分82的構(gòu)成與第3實施形式相同。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第3實施形式和第5實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖24為示出本發(fā)明第9實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，熱式流量傳感器相比第5實施形式的熱式流量傳感器，設(shè)置數(shù)模轉(zhuǎn)換器63代替數(shù)模轉(zhuǎn)換器13。比較部分81包含比較器10。輸出運算部分82包含計數(shù)器64a～64c、觸發(fā)器65、加權(quán)加法器45。計數(shù)器部分83包含計數(shù)器48、“與”門49、“與非”門50、及逆變器67。
在本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器中，可在時鐘脈沖23的1個時鐘脈沖獲得最大1的傳感器輸出，但在本發(fā)明第9實施形式的熱式流量傳感器中，由于計數(shù)器48輸出3位的計數(shù)結(jié)果，所以，可在1次的時鐘脈沖動作即時鐘脈沖23的1個時鐘脈沖獲得最大7的傳感器輸出。因此，在本發(fā)明第9實施形式的熱式流量傳感器中，可相對本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器實現(xiàn)7倍的分辨率。
另外，在本發(fā)明第9實施形式的熱式流量傳感器中，輸出運算部分82的構(gòu)成與第7實施形式的熱式流量傳感器相同，所以，即使時鐘脈沖23比本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器低速，也可獲得具有與本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器同等的11位的分辨率和2kHz的頻率響應(yīng)的數(shù)字輸出21，所以，可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別的電路元件，可進(jìn)一步實現(xiàn)電路構(gòu)成的簡化和制造成本的降低。
下面，根據(jù)

本發(fā)明另一實施形式。圖中相同或相當(dāng)部分采用相同符號，不反復(fù)進(jìn)行說明。
<第10實施形式>
本實施形式涉及組合第8實施形式和第9實施形式的熱式流量傳感器的一部分的熱式流量傳感器。以下說明內(nèi)容以外的構(gòu)成和動作與第5實施形式的熱式流量傳感器相同。
圖25為示出本發(fā)明第10實施形式的熱式流量傳感器的構(gòu)成的功能框圖。如該圖所示那樣，比較部分81通過對時鐘脈沖23的時鐘脈沖數(shù)進(jìn)行計數(shù)，從而對比較器10輸出數(shù)據(jù)處于高電平的繼續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)，這樣的構(gòu)成與第9實施形式的熱式流量傳感器相同。
另外，輸出運算部分82計算出更新信號25的1個周期的加熱電流電平的總量將其作為數(shù)字輸出21輸出，這樣的構(gòu)成與第8實施形式的熱式傳感器相同。
因此，在本發(fā)明第10實施形式的熱式流量傳感器中，與第8實施形式的熱式流量傳感器和第9實施形式的熱式流量傳感器相同，相比本發(fā)明第5實施形式的熱式流量傳感器，可實現(xiàn)7倍的分辨率，或者可使用低速動作用的電路元件代替用于實現(xiàn)高速動作的特別的電路元件，可進(jìn)一步實現(xiàn)電路構(gòu)成的簡化和制造成本的降低。
雖然詳細(xì)說明和描述了本發(fā)明，但很清楚，這僅用于例示，不進(jìn)行限定，發(fā)明精神和范圍僅由附加的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種熱式流量傳感器，用于測定流體的流量；其特征在于具有電橋電路(100)，該電橋電路(100)包含通過被供給的電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻(1)、電阻值相應(yīng)于上述發(fā)熱電阻(1)溫度而產(chǎn)生變化的第1溫度檢測體(2)、及電阻值相應(yīng)于上述流體的溫度而產(chǎn)生變化的第2溫度檢測體(3)；上述熱式流量傳感器還具有比較部分(81)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(63)、及輸出運算部分(82)；該比較部分(81)按數(shù)字形式輸出上述電橋電路(100)的中點電壓差；該數(shù)模轉(zhuǎn)換器(63)將上述比較部分(81)的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為上述電流供給到上述發(fā)熱電阻(1)；該輸出運算部分(82)預(yù)定期間累計上述比較部分(81)的輸出，將上述累計結(jié)果作為上述測定對象即流體的上述預(yù)定期間中的流量而輸出。
2.一種熱式流量傳感器，用于測定流體的流量；其特征在于具有電橋電路(100)，該電橋電路(100)包含通過被供給的電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻(1)、電阻值相應(yīng)于上述發(fā)熱電阻(1)溫度而產(chǎn)生變化的第1溫度檢測體(2)、及電阻值相應(yīng)于上述流體的溫度而產(chǎn)生變化的第2溫度檢測體(3)；上述熱式流量傳感器還具有比較部分(81)、計數(shù)器部分(83)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(63)、及輸出運算部分(82)；該比較部分(81)比較上述電橋電路(100)的中點電壓，按數(shù)字形式輸出上述比較結(jié)果；該計數(shù)器部分(83)根據(jù)時鐘脈沖數(shù)而對上述比較結(jié)果的數(shù)字輸出成為恒定值的繼續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)；該數(shù)模轉(zhuǎn)換器(63)將上述計數(shù)器部分(83)的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為上述電流供給到上述發(fā)熱電阻(1)；該輸出運算部分(82)預(yù)定期間累計上述計數(shù)器部分(83)的輸出，將上述累計結(jié)果作為上述測定對象即流體的上述預(yù)定期間中的流量而輸出。
3.一種熱式流量傳感器，用于測定流體的流量；其特征在于具有發(fā)熱電阻(1)、第1溫度檢測體(2)、第2溫度檢測體(3)、比較部分(81)、電壓控制電流源(15)、及輸出運算部分(82)；該發(fā)熱電阻(1)通過被供給的電流而發(fā)熱；該第1溫度檢測體(2)的電阻值相應(yīng)于上述發(fā)熱電阻(1)的溫度而產(chǎn)生變化；該第2溫度檢測體(3)的電阻值相應(yīng)于上述流體的溫度而產(chǎn)生變化；該比較部分(81)比較上述第1溫度檢測體(2)的兩端部以外的電壓和上述第2溫度檢測體(3)兩端部以外的電壓，按數(shù)字形式輸出上述比較結(jié)果；該電壓控制電流源(15)根據(jù)上述比較結(jié)果的數(shù)字輸出、且與上述發(fā)熱電阻(1)的電阻值變化無關(guān)地決定上述電流值，供給到上述發(fā)熱電阻(1)；該輸出運算部分(82)根據(jù)預(yù)定期間中的上述比較結(jié)果的數(shù)字輸出，運算作為上述測定對象的流體的上述預(yù)定期間中的流量，按數(shù)字形式輸出上述運算結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式流量傳感器，其特征在于上述比較部分(81)比較上述第1溫度檢測體(2)的中間點的電壓和上述第2溫度檢測體(3)的中間點的電壓，按數(shù)字形式輸出上述比較結(jié)果。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式流量傳感器，其特征在于上述輸出運算部分(82)根據(jù)上述預(yù)定期間中的上述比較結(jié)果的數(shù)字輸出，在上述預(yù)定期間中測量供給到上述發(fā)熱電阻(1)的電流的電流量大于等于預(yù)定值的時間總和，將上述時間總和測量結(jié)果作為上述測定對象即流體的上述預(yù)定期間中的流量而輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式流量傳感器，其特征在于上述熱式流量傳感器還具有將上述比較結(jié)果的數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(13)，上述電壓控制電流源(15)根據(jù)上述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(13)的輸出，向上述發(fā)熱電阻(1)供給電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱式流量傳感器，其特征在于上述數(shù)模轉(zhuǎn)換器(61)具有大于等于2位的分辨率。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式流量傳感器，其特征在于上述熱式流量傳感器還包含計數(shù)器部分(83)，該計數(shù)器部分(83)根據(jù)時鐘脈沖數(shù)而對上述比較結(jié)果的數(shù)字輸出為恒定值的繼續(xù)時間進(jìn)行計數(shù)，上述電壓控制電流源(15)根據(jù)上述計數(shù)結(jié)果向上述發(fā)熱電阻(1)供給電流，上述輸出運算部分(82)上述預(yù)定期間累計上述計數(shù)結(jié)果，將上述累計結(jié)果作為上述測定對象即流體的上述預(yù)定期間中的流量而輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱式流量傳感器，其特征在于上述比較部分(81)按數(shù)字形式輸出上述第1溫度檢測體(2)的兩端部以外的電壓和上述第2溫度檢測體(3)兩端部以外的電壓的差，上述輸出運算部分(82)上述預(yù)定期間累計上述電壓差的數(shù)字輸出，將上述累計結(jié)果作為上述測定對象即流體的上述預(yù)定期間中的流量而輸出。
全文摘要
一種熱式流量傳感器，具有電橋電路(100)，該電橋電路(100)包含通過被供給的電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻(1)、電阻值相應(yīng)于發(fā)熱電阻(1)溫度產(chǎn)生而變化的溫度檢測體(2)、及電阻值相應(yīng)于流體溫度而產(chǎn)生變化的溫度檢測體(3)；熱式流量傳感器還具有比較部分(81)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(63)、及輸出運算部分(82)；該比較部分(81)按數(shù)字形式輸出電橋電路(100)的中點電壓差；該數(shù)模轉(zhuǎn)換器(63)將比較部分(81)的輸出轉(zhuǎn)換成模擬信號，作為電流供給到發(fā)熱電阻(1)；該輸出運算部分(82)預(yù)定期間累計比較部分(81)的輸出，將累計結(jié)果作為測定對象即流體的預(yù)定期間中的流量而輸出。
文檔編號F02D35/00GK1982855SQ20061009465
公開日2007年6月20日 申請日期2006年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者有吉雄二 申請人:三菱電機株式會社