專利名稱：熱式流體流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱式流體流量計，特別涉及適合于測定內(nèi)燃機的吸入空氣量的熱式流體流量計。
背景技術(shù)：
作為流體流量計的一個例子，有設(shè)置于機動車等的內(nèi)燃機的電子控制燃料噴射裝置中的、測定吸入空氣量的空氣流量計。因為熱式的空氣流量計可以直接檢測質(zhì)量流量，所以該空氣流量計成為主流。
在熱式的空氣流量計中，特別是搭載了利用半導(dǎo)體微細加工技術(shù)來制造的測定元件的熱式空氣流量計，因為可以降低成本且可以以低電力來驅(qū)動，所以受到注目。
作為這樣的使用了半導(dǎo)體基板的現(xiàn)有的熱式空氣流量計，有日本特開2002-310762號公報所公開的技術(shù)。該公報所公開的技術(shù)將填充重點放在制造偏差的降低與對于時效變化的可靠性上。
根據(jù)該公報所公開的發(fā)明，形成為如下的結(jié)構(gòu)以同一電阻材料將使用于電橋電路中的發(fā)熱電阻、溫度補償電阻以及電阻集成化于同一半導(dǎo)體基板上。
以此，因為可以進行高精度的加熱控制，且即使這些電阻的電阻值、電阻率隨著時間推移而變化，也可以通過以同一電阻材料來形成，而將其變化的程度視為相同，所以可以維持電橋電路的平衡狀態(tài)。因而，能夠得到長期穩(wěn)定的特性。
在上述現(xiàn)有技術(shù)中，雖然可以對空氣流的溫度變化來進行最優(yōu)的加熱控制，不過在使用于機動車等用的內(nèi)燃機的情況下，因內(nèi)燃機的發(fā)熱而導(dǎo)致的來自于熱式空氣流量計的外部的熱影響，成為使空氣流量的測量精度降低的原因。
即，在機動車等惡劣的溫度條件下使用的熱式空氣流量計，因為通過內(nèi)燃機的溫度上升，熱就經(jīng)由熱式空氣流量計的支承部而傳遞到測定元件，從而使測定元件附近的被檢測空氣溫度上升，所以測量的流量被測量為比實際的流量少的量，從而成為測量精度降低的原因。
對于該測量精度降低原因，在現(xiàn)有技術(shù)中還沒有被認識到，從而沒有采取任何對策。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實現(xiàn)一種降低因外部的熱影響而導(dǎo)致的流體流量測量精度的誤差，從而提高流量測量精度的熱式流體流量計。
為了達成上述目的，本發(fā)明如下地構(gòu)成。
(1)熱式流體流量計具備流量測定元件，所述流量測定元件被配置在流體通路內(nèi)，且在同一基板上形成有通過流通有電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻、用于檢測流體溫度的溫度補償電阻、測定上述發(fā)熱電阻的上游的溫度的第一測溫電阻、以及測定下游的溫度的第二測溫電阻。
進而，在熱式流體流量計中，利用溫度傳感器來測定殼體內(nèi)的溫度，所述殼體被形成上述流體通路的吸氣管的壁面支承、且其支承上述流量測定元件。而且，具備使流體的溫度與上述發(fā)熱電阻的溫度的差對應(yīng)于流體溫度變化的加熱溫度控制機構(gòu)，并通過運算器，使用從上述第一以及第二測溫電阻對應(yīng)于流體流量的信號、與上述溫度傳感器，來進行溫度修正。
(2)優(yōu)選的是，在上述(1)中，上述加熱溫度控制機構(gòu)，由上述發(fā)熱電阻、上述溫度補償電阻、第一電阻、以及第二電阻形成電橋電路。而且，上述溫度補償電阻具有與上述發(fā)熱電阻、第一電阻以及第二電阻不同的電阻溫度系數(shù)，若空氣溫度上升，則使加熱溫度下降。
(3)并且，優(yōu)選的是，在上述(1)或者(2)中，由同一電阻材料形成的上述發(fā)熱電阻、上述溫度補償電阻、上述第一電阻以及上述第二電阻形成電橋電路，具有與上述電阻材料不同的電阻溫度系數(shù)的固定電阻并聯(lián)地連接于上述溫度補償電阻。
(4)本發(fā)明的熱式流體流量計具備流量檢測元件，所述流量檢測元件被配置在流體通路內(nèi)，且在同一基板上具有通過流通有電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻、與測定該發(fā)熱電阻的上下游的溫度的第一以及第二測溫電阻。
進而，熱式流體流量計具備溫度控制電路，其控制上述發(fā)熱電阻的溫度；流量檢測電路，其從上述第一以及第二測溫電阻取出對應(yīng)于流體流量的信號；殼體，其被形成上述流體通路的吸氣管的壁面支承，并支承上述流量測定元件；溫度傳感器，其測定該殼體內(nèi)的溫度；運算器，其從上述第一以及第二測溫電阻輸入對應(yīng)于流體流量的信號，利用上述溫度傳感器來進行溫度修正并輸出；流量檢測機構(gòu)，其使上述流量檢測電路的、在零流量時的輸出電壓即補償電壓對應(yīng)于周圍溫度而變化。
(5)優(yōu)選的是，在上述(4)中，上述流量檢測機構(gòu)具有所述第一測溫電阻與第二測溫電阻的串聯(lián)電路，上述第一測溫電阻與第二測溫電阻具有不同的電阻溫度系數(shù)。
(6)并且，優(yōu)選的是，在上述(4)或者(5)中，上述流量檢測機構(gòu)具備具有同一電阻溫度系數(shù)的第一測溫電阻與第二測溫電阻的串聯(lián)電路，電阻溫度系數(shù)與上述第一以及第二測溫電阻不同的固定電阻并聯(lián)地連接于上述第二測溫電阻。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的熱式空氣流量計的測定元件的俯視圖；圖2是沿著圖1的測定元件的A-A’線的剖面圖；圖3是表示用于在測定元件上的發(fā)熱電阻中流通電流從而進行加熱溫度控制的驅(qū)動電路的圖；圖4是對操作本發(fā)明的驅(qū)動電路時的相對于空氣溫度的發(fā)熱電阻的溫度與現(xiàn)有技術(shù)進行比較的圖表；圖5是本發(fā)明的用于檢測流量的電路圖；圖6是熱式空氣流量計被安裝于內(nèi)燃機的吸氣通路上的狀態(tài)的概略剖面圖；圖7是表示由進行修正前的檢測流量電壓的整體溫度特性而產(chǎn)生的檢測流量誤差的圖表；
圖8是表示測定元件與溫度傳感器的、相對于空氣流量的變化的溫度變化的圖；圖9是表示修正后的整體溫度特性的圖表；圖10是表示現(xiàn)有技術(shù)的運算器的修正表的圖；圖11是表示本發(fā)明的運算器的修正表的圖；圖12是表示因熱式空氣流量計的壁面溫度特性而導(dǎo)致的流量檢測誤差的圖；圖13是表示因熱式空氣流量計的壁面溫度特性而導(dǎo)致的溫度傳感器與測定元件的溫度變化的圖；圖14是表示熱式空氣流量計的修正后的壁面溫度特性的圖；圖15是表示本發(fā)明的第二實施方式的發(fā)熱電阻的驅(qū)動電路的圖；圖16是表示本發(fā)明的第三實施方式的流量檢測電路的圖；圖17是表示本發(fā)明的第三實施方式的流量檢測電路在流量為0kg/h時的輸出電壓的空氣溫度依存的圖表；圖18是表示因本發(fā)明的第三實施方式的整體溫度特性而導(dǎo)致的流量檢測誤差的圖；圖19是表示本發(fā)明的第四實施方式的流量檢測電路的圖；圖20是表示本發(fā)明的第五實施方式的用于進行加熱溫度控制的驅(qū)動電路的圖。
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實施方式。另外，以下的例子是將本發(fā)明應(yīng)用于熱式空氣流量計的情況的例子。
圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的熱式空氣流量計的測定元件的俯視圖。圖2是沿著圖1的測定元件的A-A’線的剖面圖。
在圖1、圖2中，測定元件1具有硅等的半導(dǎo)體基板2，其具有從下表面利用各向異性蝕刻而穿孔形成到電絕緣膜3a的邊界的空洞4；發(fā)熱電阻5，其形成于覆蓋空洞4的電絕緣膜3a上。并且，測定元件1具有用于進行發(fā)熱電阻5的溫度補償?shù)臏囟妊a償電阻6a；用于與發(fā)熱電阻5以及溫度補償電阻6a一起形成電橋電路的第一電阻7以及第二電阻。
并且，在測定元件1上形成有第一測溫電阻9與第二測溫電阻10，其用于檢測發(fā)熱電阻5附近的上下游的溫度，從而得到對應(yīng)于空氣流量的信號。而且，測定元件1具有用于將該測定元件1與驅(qū)動電路連接，輸出檢測流量電壓的、由鋁等形成的端子電極11(11a～11l)；用于保護各電阻的電絕緣膜3b。
在此，作為使用于形成在測定元件1上的這些電阻中的材料，可以使用多晶硅、鉑、金、銅、鋁等的材料。在該第一實施方式中，測定元件1上的電阻以低成本的多晶硅形成。
圖3是表示用于在測定元件1上的發(fā)熱電阻5中流通電流從而進行加熱溫度控制的驅(qū)動電路的圖。在圖3中，驅(qū)動電路具有形成在測定元件1上的發(fā)熱電阻5、串聯(lián)連接于該發(fā)熱電阻5的第一電阻7、溫度補償電阻6a、串聯(lián)連接于該溫度補償電阻6a的第二電阻8、以及設(shè)置于電路基板26上且并聯(lián)連接于溫度補償電阻6a的固定電阻6b，電阻5以及7、與電阻6a以及8并聯(lián)地連接從而構(gòu)成電橋電路。
并且，該驅(qū)動電路具有差動放大器12，其用于放大電橋電路的差電壓，且連接于電阻5與7的連接點、和電阻67a與8的連接點；晶體管13，其用于將來自于該差動放大器12的輸出電壓供給到基極，從而控制在電橋電路中流通的電流，且其射極連接于電阻6a與電阻5的連接點；電源14，其連接于該晶體管13的集電極與接地之間。
若使發(fā)熱電阻5的電阻值為Rh、溫度補償電阻6a的電阻值為Rc、固定電阻6b的電阻值為Rf、第一電阻7的電阻值為Ra、第二電阻8的電阻值為Rb，則上述驅(qū)動電路以滿足以下的式(1)的方式動作。
Rh×Rb＝(Rc//Rf)×Ra (1)并且，發(fā)熱電阻5因為被熱絕緣，所以若流通有電流則發(fā)熱。因而，若使多晶硅的電阻溫度系數(shù)為αs(ppm/℃)、發(fā)熱電阻5的溫度為Th(℃)、測定元件1的基板溫度為Tc，則發(fā)熱電阻的溫度Th通過下式(2)、(3)求出。
Rh(1+αsTh)×Rb(1+αsTc)＝(Rc(1+αsTc))//Rf×Ra(1+αsTc) (2)Th＝((Rc(1+αsTc))//Rf×Ra×Rh/(RbRh)-1)/αs(3)在上述驅(qū)動電路中，并聯(lián)地連接于溫度補償電阻6a的固定電阻6b，在本發(fā)明的第一實施方式中，是附加的加熱溫度控制機構(gòu)。
在現(xiàn)有技術(shù)中，驅(qū)動電路由發(fā)熱電阻5、溫度補償電阻6a、第一電阻7以及第二電阻8構(gòu)成，這些電阻雖然通過由同一電阻材料形成而使得電阻溫度系數(shù)(1200ppm/℃)相同，不過本發(fā)明的第一實施方式的驅(qū)動電路，除了這些電阻5、6a、7、8之外，還將電阻溫度系數(shù)大致為0ppm/℃的固定電阻6b并聯(lián)地連接于溫度補償電阻6a。
固定電阻6b的電阻值只要是溫度補償電阻6a的20倍左右即可。對操作本發(fā)明的驅(qū)動電路時的相對于空氣溫度的發(fā)熱電阻5的溫度與現(xiàn)有技術(shù)進行比較的圖表如圖4所示。
在圖4中，在現(xiàn)有技術(shù)中，相對于以虛線表示的空氣溫度，發(fā)熱電阻5的溫度通常被控制為比空氣溫度高出一定溫度。即，在現(xiàn)有技術(shù)中，在空氣溫度是20℃的情況下，發(fā)熱電阻5的溫度是170℃，相對于空氣溫度上升150℃(ΔTh＝150℃)。并且，在現(xiàn)有技術(shù)中，即使空氣溫度變?yōu)?0℃，也是ΔTh＝150℃。
另一方面，在本發(fā)明的第一實施方式的驅(qū)動電路中，在空氣溫度是20℃時，與現(xiàn)有技術(shù)同樣地，在170℃ΔTh＝150℃，不過若空氣溫度上升到80℃，則發(fā)熱電阻5的ΔTh因固定電阻6b的效應(yīng)而下降，變?yōu)棣h＝145℃，加熱溫度下降。
即，若空氣溫度從20℃變化為80℃，則因為ΔTh降低5℃，所以流量檢測的靈敏度下降。這樣，本發(fā)明的驅(qū)動電路就可以對應(yīng)于空氣溫度來調(diào)整發(fā)熱電阻5的溫度，并且可以調(diào)整流量檢測的靈敏度。對于該靈敏度調(diào)整的效果，將在后面敘述。
實際上，因為形成于測定元件1上的由多晶硅構(gòu)成的電阻的電阻值，有±20％左右的制造偏差，所以在進行更高精度的控制的情況下，連接的固定電阻6b優(yōu)選使用印刷電阻等，并形成為可以利用激光微調(diào)等來調(diào)整電阻值的結(jié)構(gòu)。
并且，連接的固定電阻6b也可以是串聯(lián)地連接于溫度補償電阻6a，或者連接于第一電阻7的結(jié)構(gòu)，能夠得到同樣的效果。
圖5是表示由用于檢測發(fā)熱電阻5的上下游的溫度的第一測溫電阻9以及第二測溫電阻10構(gòu)成的用于檢測空氣流量的流量檢測電路；以及以來自于在熱式空氣流量計內(nèi)部設(shè)置的溫度傳感器的信息為基礎(chǔ)、對檢測流量電壓進行修正并輸出的運算器的圖。
在圖5中，流量檢測電路通過在第一測溫電阻9與第二測溫電阻10的串聯(lián)電路上連接基準電壓源15而構(gòu)成。第一測溫電阻9以及第二測溫電阻10，與發(fā)熱電阻5同樣地由多晶硅形成。
通過空氣在測定元件1上流動，發(fā)熱電阻5上游的第一測溫電阻9被冷卻，從而其電阻值下降。而且，因為被發(fā)熱電阻5加熱的空氣流動，所以發(fā)熱電阻5的下游的第二測溫電阻10被加熱，從而其電阻值變大。
因而，通過取出這些電阻9、10的串聯(lián)電路的電壓變化，就能夠得到對應(yīng)于空氣流量的信號(檢測流量電壓)。
電阻9、10的電壓變化即檢測流量電壓被供給到運算器17。并且，向運算器17供給來自于溫度傳感器16的溫度檢測信號，所述溫度傳感器16為了修正驅(qū)動電路等的溫度特性而設(shè)置于熱式空氣流量計內(nèi)部，測量熱式空氣流量計的代表溫度。運算器17基于來自于溫度傳感器16的溫度信息，來修正檢測流量電壓。并且，運算器17連接有存儲了檢測流量電壓與來自于溫度傳感器16的溫度之間的關(guān)系等的修正信息的存儲器18，基于存儲于該存儲器18中的信息，來計算高精度的空氣流量，并輸出計算出的空氣流量信號。
圖6是測量內(nèi)燃機吸入的吸入空氣的流量的熱式空氣流量計被安裝于機動車等的內(nèi)燃機的吸氣通路上的狀態(tài)的概略剖面圖。在圖6中，測定元件1被設(shè)置于副通路21內(nèi)，所述副通路21被配置于吸入空氣19所流動的主通路20內(nèi)。而且，形成副通路22的部件22由殼體23支承。
并且，測定元件1被殼體23內(nèi)的電路基板26支承，并且利用金屬線連接件28等而電連接于驅(qū)動電路。進而，殼體23利用安裝支承部24被設(shè)置于吸氣通路壁面25。
并且，在殼體23內(nèi)部設(shè)置有用于驅(qū)動測定元件1并取出流量信號的驅(qū)動電路以及流量檢測電路、檢測熱式空氣流量計的代表溫度的溫度傳感器16、以及搭載有用于修正檢測流量電壓的運算器17以及存儲器18的電路基板26。
并且，固定電阻6b也設(shè)置在電路基板26上。而且，用熱式空氣流量計測量的空氣流量信號經(jīng)由接線柱27被輸送到進行發(fā)動機控制的計算機(ECU)。
在該第一實施方式的情況下，電路基板26上的溫度為熱式空氣流量計的代表溫度，不過也可以在更接近于吸氣通路壁面25的安裝支承部24等電路基板26的外部設(shè)置溫度傳感器16。
但是，在該情況下，因為是在電路基板26的外部，所以需要進行配線的設(shè)置，從而溫度傳感器16的安裝變得復(fù)雜。因而，溫度傳感器16與電路基板26形成為一體是更簡單且廉價的。
另外，在使用于機動車的內(nèi)燃機中，被吸入到內(nèi)燃機的空氣的溫度要求通過內(nèi)燃機的發(fā)熱而在從-40℃至+80℃的范圍內(nèi)確保精度。
進而，在該溫度條件下，在吸入空氣的溫度與熱式空氣流量計的溫度相同這一條件下，有所謂的在從-40℃至+80℃的范圍內(nèi)變化的溫度特性(以下，稱該溫度條件為整體溫度，稱因該溫度特性而產(chǎn)生的熱式空氣流量計的流量檢測誤差為整體溫度特性)的第一條件。并且，有所謂的第二條件，即空氣溫度是20℃，吸氣通路壁面25的溫度是80℃，成為熱從吸氣通路壁面25傳遞給熱式空氣流量計的狀態(tài)的溫度特性(以下，稱該溫度條件為壁面溫度，稱因該溫度特性而產(chǎn)生的熱式空氣流量計的流量檢測誤差為壁面溫度特性)。在上述第一條件與第二條件的任一條件下，都必須確保熱式空氣流量計的流量檢測精度。
在上述的溫度條件下，在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，若是整體溫度特性，則可以用來自于傳感器16的信息修正，從而確保流量檢測精度，不過不能修正因壁面溫度特性而導(dǎo)致的誤差。這是因為，如上所述，沒有能夠認識到如下情況因內(nèi)燃機的發(fā)熱而導(dǎo)致的壁面溫度上升會對空氣流量檢測精度造成影響。
在本發(fā)明中，在上述的兩個溫度條件下，也可以利用空氣流量計的溫度傳感器16、與進行發(fā)熱電阻5的溫度控制的加熱溫度控制機構(gòu)(在該第一實施方式中，是追加了固定電阻6b的圖3的驅(qū)動電路)來修正流量檢測誤差，從而可以進行更高精度的流量測定。
以下，在與現(xiàn)有技術(shù)的比較中，說明本發(fā)明可以進行高精度的流量測定這一情況。
首先，說明現(xiàn)有技術(shù)的熱式空氣流量計的整體溫度特性。
圖7是表示因在進行運算器17的修正前的檢測流量電壓的整體溫度特性而產(chǎn)生的檢測流量誤差的圖表。該檢測流量誤差是將在整體溫度從20℃變化到80℃時引起的檢測流量電壓的變動換算為流量誤差而得到的。
如圖7所示，因整體溫度特性而產(chǎn)生的流量檢測誤差，根據(jù)空氣流量而變化，在現(xiàn)有技術(shù)中，在低流量的5kg/h時，成為最大的-7％左右的誤差。
圖8是表示上述溫度條件下的測定元件1與溫度傳感器16的、相對于空氣流量的變化的溫度變化的圖。在圖8中，因為在整體溫度特性上，吸入空氣溫度與吸氣通路壁面25的溫度成為同一溫度，所以不管是在整體溫度為80℃的情況、或為20℃的情況下，溫度傳感器16與測定元件1都成為與整體溫度相同的溫度。
另一方面，本發(fā)明的整體溫度特性如下地調(diào)整若空氣溫度因固定電阻6b的效應(yīng)而上升，則發(fā)熱電阻5的溫度上升量比現(xiàn)有技術(shù)小，從而減小流量檢測的靈敏度(參照圖4)。
因而，在本發(fā)明中，若流量檢測的靈敏度下降，則在整體溫度特性上，使整體溫度從20℃變化至80℃時產(chǎn)生的流量檢測誤差，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在負值一側(cè)變大。
這樣，在本發(fā)明中，可以調(diào)整因整體溫度特性而導(dǎo)致的流量檢測誤差，如圖8所示，此時的測定元件1與溫度傳感器16的溫度相同。
而且，該整體溫度特性，在現(xiàn)有技術(shù)、本發(fā)明中都可以利用來自于溫度傳感器16的信息與運算器17來修正。運算器17對檢測流量電壓施加修正量來降低流量檢測誤差，以使因如圖7所示的整體溫度特性導(dǎo)致的流量檢測誤差變?yōu)?％。圖9是表示修正后的整體溫度特性的圖表。
另外，施加于檢測流量電壓的修正量是運算器17基于來自于溫度傳感器16的溫度信息的修正量，使用表示溫度傳感器16的溫度與空氣流量之間的關(guān)系的圖表(修正表)。該修正表存儲于存儲器18內(nèi)。
圖11所示的表1是現(xiàn)有技術(shù)的修正表，圖12所示的表2是本發(fā)明的修正表。若比較圖11與圖12，則本發(fā)明的修正表，與現(xiàn)有技術(shù)的修正表相比，修正量變大。這是因為，如上所述，在溫度因內(nèi)燃機的發(fā)熱而上升的情況、或者在溫度因外部溫度的影響而降低的情況下，檢測流量誤差變大，所以考慮這一點，與現(xiàn)有技術(shù)比較，使修正量較大。
另外，在本發(fā)明的第一實施方式中，使用了利用表的方法，不過即使是使用模型化修正表的函數(shù)來修正的方法，也可以得到同樣的效果。
接著，比較現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明，說明壁面溫度特性。
圖12是表示因在利用運算器17來修正前的流量檢測電壓的壁面溫度特性而產(chǎn)生的流量檢測誤差的圖。而且，在該圖12中，將吸入空氣溫度保持為20℃，將在吸氣通路壁面25的溫度從20℃上升到80℃時產(chǎn)生的檢測流量電壓的變動換算為流量誤差。
圖13是表示壁面溫度在20℃的情況以及80℃的情況下的相對于空氣流量的變化的溫度傳感器16與測定元件1的溫度狀態(tài)的圖表。
在壁面溫度特性中，在壁面溫度為80℃時，因為越接近于壁面，溫度越高，所以溫度傳感器16的溫度變成比測定元件1的溫度高的高溫。并且，如果空氣流量增加，則溫度因散熱效應(yīng)而逐漸降低，從而接近于空氣溫度。
在圖12中，在現(xiàn)有技術(shù)中，因壁面溫度特性而導(dǎo)致的流量誤差在低流量5kg/h時成為最大的-10％，并隨著空氣流量增加而逐漸減小。這是因為，若空氣流量增加，則對從吸氣通路壁面25傳遞到熱式空氣流量計的熱進行散熱的效果變大，從而測定元件1的溫度下降。
另一方面，本發(fā)明的壁面溫度特性，因壁面溫度特性而導(dǎo)致的流量誤差在低流量5kg/h時成為最大的-12.5％，并隨著空氣流量增加而逐漸減小。
本發(fā)明的修正前的壁面溫度特性，與現(xiàn)有技術(shù)相比，最大惡化了-2.5％。這是因為，在壁面溫度特性中，若測定元件1的溫度上升，則也表現(xiàn)出因固定電阻6b而減少發(fā)熱電阻5的溫度上升量的效果。
上述的壁面溫度特性是輸入到運算器17的檢測流量電壓的特性，與整體溫度特性同樣地，利用溫度傳感器16的信息與存儲于存儲器18的修正表來進行如圖14所示的圖表那樣修正。
在圖14中可以看出，在現(xiàn)有技術(shù)中修正后的壁面溫度特性，并不完全成為0％，在流量5kg/h時殘存-5％左右。這是因為，即使利用如圖10所示的修正表，在壁溫特性中也不能得到充分的修正量。即，在圖13中，在壁面溫度是80℃的情況下，流量5kg/h時的溫度傳感器1的溫度是60℃左右，該溫度的修正量從圖10可知，大約是4.7％((60℃-20℃)×7％/(80℃-20℃))。
因而，在現(xiàn)有技術(shù)中，修正前的因壁面溫度特性而導(dǎo)致的流量檢測誤差是-10％(圖12，5kg/h時)，所以，修正后是-10％+4.7％＝-5.3％。這樣，現(xiàn)有技術(shù)的利用溫度傳感器1來進行的修正雖然可以修正整體溫度特性，不過在壁面溫度特性中，利用運算器17計算出的修正量少，從而殘存較大的誤差。
另一方面，可以看出，本發(fā)明的熱式空氣流量計的修正后的壁面溫度特性，與現(xiàn)有技術(shù)相比，改善了1％左右。即，在圖13中，在壁面溫度是80℃的情況下，在流量為5kg/h時的溫度傳感器1的溫度是60℃左右，該溫度的修正量從圖10可知，是8.0％((60℃-20℃)×12％/(80℃-20℃))。
因而，在本發(fā)明中，修正前的因壁面溫度特性而導(dǎo)致的流量檢測誤差是-12.5％(圖12，5kg/h時)，所以，修正后是-12.5％+8.0％＝-4.5％。在現(xiàn)有技術(shù)中，是-5.3％的誤差，不過在本發(fā)明中是-4.5％，改善了約1％。
該改善的理由是因為，如圖11的表2所示，與現(xiàn)有技術(shù)的修正量相比，利用本發(fā)明的運算器17計算出的誤差修正量變大。即，利用固定電阻6b來增大整體溫度特性，變更利用運算器17計算出的誤差修正量，從而與現(xiàn)有技術(shù)相比改善了流量檢測誤差。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式，可以降低因外部的熱影響而引起的流體流量測量精度的誤差，從而能夠?qū)崿F(xiàn)提高了流量測量精度的熱式流體流量計。
本發(fā)明的第一實施方式的效果通過并用如下二者來得到利用了溫度傳感器16的誤差修正、與利用固定電阻6b來改變溫度特性。
因而，在使用只利用溫度傳感器16的誤差修正、或者只將固定電阻6b連接于電阻6a來改變溫度特性的任何一方的結(jié)構(gòu)中，不能對整體溫度特性與壁面溫度特性這兩方同時進行修正，所以該效果是通過并用這兩方，才首次得到的效果。
本發(fā)明的第一實施方式，其特征在于，設(shè)置了調(diào)整利用運算器17來進行的誤差修正前的整體溫度特性的功能，以下說明實現(xiàn)這種功能的其它圖15是表示本發(fā)明的第二實施方式的發(fā)熱電阻5的驅(qū)動電路的圖。該驅(qū)動電路是用于在測定元件1上的發(fā)熱電阻5中流通電流從而進行加熱溫度控制的驅(qū)動電路。
該圖15所示的驅(qū)動電路與圖3所示的驅(qū)動電路的不同點在于，圖3的例子在電阻6a上并聯(lián)地連接有電阻6b，但在圖15的例子中，沒有在電阻6a上連接電阻6b，而是在電阻7上并聯(lián)地連接有電阻29。對于其它結(jié)構(gòu)，圖15的例子與圖3的例子相同。
在圖15中，形成在測定元件1上的發(fā)熱電阻5、溫度補償電阻6a、第一電阻7以及第二電阻8是同一電阻材料，不過固定電阻29使用了與這些電阻5、6a、8以及7不同的電阻材料，從而形成電橋電路。
另外，該驅(qū)動電路具有與第一實施方式的驅(qū)動電路同樣的功能。并且，圖15的固定電阻29與電阻7并聯(lián)連接，不過即使串聯(lián)連接電阻7與電阻29，也能夠得到相同的效果。
其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式同樣，運算器17從來自于溫度傳感器16的溫度檢測信號、與存儲于存儲器18的修正量信息，計算出空氣流量信號。
在該第二實施方式中，也可以得到與第一實施方式同樣的效果。
圖16是表示本發(fā)明的第三實施方式的流量檢測電路的圖。
在圖16中，流量檢測電路具有由同一電阻材料(多晶硅電阻)形成的、用于流量檢測的第一測溫電阻9；串聯(lián)連接于該第一測溫電阻9的第二測溫電阻10；并聯(lián)地連接于該電阻10的、且材料與電阻9以及10的電阻材料不同的固定電阻30(電阻溫度系數(shù)＝約0ppm/℃)。另外，固定電阻30也可以串聯(lián)地連接于第二測溫電阻10。
圖17是表示流量為0kg/h時的檢測流量電壓的空氣溫度依存的圖表。
在圖17中，在現(xiàn)有技術(shù)的流量檢測電路中，因為是由具有同一電阻溫度系數(shù)的電阻構(gòu)成的串聯(lián)電路，所以空氣溫度即使變化電壓也不變，但在本發(fā)明的第三實施方式中，因為在測溫電阻10上連接有固定電阻30，所以若空氣溫度上升則檢測流量電壓變小。
這樣，若利用固定電阻30來調(diào)整空氣流量為0kg/h時的檢測流量電壓(補償(offset)電壓)的空氣溫度依存，則如圖18所示，特別是，可以調(diào)整低流量時的整體溫度特性。
使用具有如圖18所示的整體溫度特性的流量檢測電路；與如圖5所示的同樣的溫度傳感器16；以及具有如圖11所示的修正量大的修正表的存儲器18，通過運算器17來運算空氣流量。
在該第三實施方式中，也可以得到與第一實施方式同樣的效果。
另外，如果通過使用第一實施方式以及第二實施方式的驅(qū)動電路、與第三實施方式的流量檢測電路這兩方，高流量用固定電阻6b或者6c來調(diào)整，低流量用固定電阻30來調(diào)整，則可以進一步在整個流量區(qū)域降低流量檢測誤差。
圖19是表示本發(fā)明的第四實施方式的流量檢測電路的圖。
在圖19中，流量檢測電路具有用于流量檢測的第一測溫電阻9；串聯(lián)連接于該第一測溫電阻9的第二測溫電阻10；以及串聯(lián)地并聯(lián)地連接于第一測溫電阻9的固定電阻31。
該固定電阻31使用與第一測溫電阻9以及第二測溫電阻10相比電阻溫度系數(shù)大的材料，例如以鋁等形成。并且，鋁的電阻溫度系數(shù)是3000～4000ppm/℃，與形成第一測溫電阻9以及測溫電阻10的多晶硅電阻相比，電阻溫度系數(shù)變大，所以固定電阻31連接于測溫電阻9。
鋁，特別是使用于測定元件1的端子電極11(參照圖1)等中。因而，也可以通過形成圖案來形成固定電阻31，使得第一測溫電阻9的端子電極11i或者11j的配線電阻變大。由此，就可以調(diào)整流量為0kg/h時的檢測流量電壓的空氣溫度依存，從而能夠與第三實施方式同樣地調(diào)整整體溫度特性。
圖20是表示本發(fā)明的第五實施方式的用于進行加熱溫度控制的驅(qū)動電路的圖。
該第五實施方式與第一實施方式相似，但形成為如下結(jié)構(gòu)利用開關(guān)元件32、其控制電路33可以選擇與電阻6a并聯(lián)連接的固定電阻6b的電阻值。
并且，開關(guān)元件32若使用晶體管等半導(dǎo)體開關(guān)，則可以與運算器17等一起制造。并且，控制電路33若也同樣地與運算器17一起制造，則制造變得容易。
進而，用于控制開關(guān)元件32的控制電路33通過搭載有可以與熱式空氣流量計的外部進行通信的機構(gòu)，就可以容易地調(diào)整電阻6b的電阻值。
在該第五實施方式中，例如，如第一實施方式所述，若構(gòu)成電橋電路的電阻的材料使用多晶硅，則相對于其電阻值有大約±20％的制造偏差，固定電阻6b的電阻值也可以匹配于多晶硅的電阻值偏差，使得可以對應(yīng)于這樣的電阻值偏差，從而能夠容易地進行調(diào)整。
因為第五實施方式的其它結(jié)構(gòu)與第一實施方式同樣，所以省略詳細的說明。
并且，該第五實施方式也可以與之前敘述的第二至第四實施方式組合。
并且，在圖3所示的例子中，固定電阻6b為印刷于電路基板26的電阻，但是并不一定必須是印刷電阻。并且，也可以將電阻6b配置于與電路基板26分開的部位。
并且，在第一實施方式中，在溫度補償用電阻6a并聯(lián)地連接有固定電阻6b，不過只要可以使溫度補償用電阻6a的溫度系數(shù)如圖4所示那樣，具有隨著變?yōu)楦邷?、與空氣溫度的差減少的特性，則不必連接固定電阻6b。
并且，在第三實施方式中，在測溫電阻10并聯(lián)地連接有固定電阻30，不過只要可以使測溫電阻10的溫度系數(shù)如圖18所示那樣，具有隨著變?yōu)楦邷?、使空氣流量?kg/h時的檢測流量電壓的補償量變化為負值這樣的特性，則不必連接固定電阻30。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明，熱式空氣流量計具有溫度傳感器16，其設(shè)置于空氣流量計的殼體23內(nèi)；運算器17，其利用該溫度傳感器16修正來自于測定元件1的流量檢測電壓；加熱溫度控制機構(gòu)，在進行發(fā)熱電阻5的溫度控制的溫度控制電路中，使發(fā)熱電阻5的相對于空氣溫度的上升溫度因空氣溫度而變化。
因而，可以同時地對因整體溫度變化與吸氣通路壁面溫度變化而產(chǎn)生的熱式空氣流量計的流量檢測誤差進行修正，從而可以實現(xiàn)測定精度好的熱式空氣流量計。
本發(fā)明并不限定于熱式空氣流量計，也可以應(yīng)用于測量其它氣體等的流體的熱式流體流量計。
權(quán)利要求
1.一種熱式流體流量計，其特征在于，具備流量測定元件(1)，其被配置在流體通路內(nèi)，且在同一基板上形成有通過流通有電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻(5)、用于檢測流體溫度的溫度補償電阻(6a)、測定上述發(fā)熱電阻(5)的上游的溫度的第一測溫電阻(9)、以及測定下游的溫度的第二測溫電阻(10)；溫度控制電路(12、13)，其控制上述發(fā)熱電阻(5)的溫度；殼體(23)，其被形成上述流體通路的吸氣管的壁面支承、且其支承上述流量測定元件(1)；溫度傳感器(16)，其測定上述殼體(23)內(nèi)的溫度；運算器(17、18)，其從上述第一以及第二測溫電阻(9、10)輸入對應(yīng)于流體流量的信號，利用上述溫度傳感器(16)來進行溫度修正并輸出；加熱溫度控制機構(gòu)(6b、29)，其使流體的溫度與上述發(fā)熱電阻(5)的溫度的差對應(yīng)于流體溫度而變化。
2.如權(quán)利要求1所述的熱式流體流量計，其特征在于，上述加熱溫度控制機構(gòu)(6b、29)，由上述發(fā)熱電阻、上述溫度補償電阻、第一電阻、以及第二電阻形成電橋電路，上述溫度補償電阻具有與上述發(fā)熱電阻、第一電阻以及第二電阻不同的電阻溫度系數(shù)，若空氣溫度上升，則使加熱溫度下降。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的熱式流體流量計，其特征在于，由同一電阻材料形成的上述發(fā)熱電阻、上述溫度補償電阻、上述第一電阻以及上述第二電阻形成電橋電路，具有與上述電阻材料不同的電阻溫度系數(shù)的固定電阻(6b)并聯(lián)地連接于上述溫度補償電阻。
4.一種熱式流體流量計，其特征在于，具有流量檢測元件(1)，其被配置在流體通路內(nèi)，且在同一基板上具有通過流通有電流而發(fā)熱的發(fā)熱電阻(5)、與測定該發(fā)熱電阻的上下游的溫度的第一以及第二測溫電阻(9、10)；溫度控制電路(12、13)，其控制上述發(fā)熱電阻(5)的溫度；流量檢測電路(17，18)，其從上述第一以及第二測溫電阻(9、10)取出對應(yīng)于流體流量的信號；殼體(23)，其被形成上述流體通路的吸氣管的壁面支承，并支承上述流量測定元件(1)；溫度傳感器(16)，其測定上述殼體(23)內(nèi)的溫度；運算器(17、18)，其從上述第一以及第二測溫電阻(9、10)輸入對應(yīng)于流體流量的信號，利用上述溫度傳感器(16)來進行溫度修正并輸出；流量檢測機構(gòu)(9、10、30、31)，其使上述流量檢測電路(17、18)的、在零流量時的輸出電壓即補償電壓對應(yīng)于周圍溫度而變化。
5.如權(quán)利要求4所述的熱式流體流量計，其特征在于，上述流量檢測機構(gòu)具有所述第一測溫電阻(9)與第二測溫電阻(10)的串聯(lián)電路，上述第一測溫電阻(9)與第二測溫電阻(10)具有不同的電阻溫度系數(shù)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的熱式流體流量計，其特征在于，上述流量檢測機構(gòu)具備具有同一電阻溫度系數(shù)的第一測溫電阻與第二測溫電阻的串聯(lián)電路，電阻溫度系數(shù)與上述第一以及第二測溫電阻不同的固定電阻并聯(lián)地連接于上述第二測溫電阻。
全文摘要
實現(xiàn)一種溫度特性好、提高了測量精度的熱式空氣流量計。熱式空氣流量計具有溫度傳感器(16)，其設(shè)置于空氣流量計的殼體(23)內(nèi)；運算器(17)，其利用該溫度傳感器(16)修正來自于測定元件(1)的流量檢測電壓；加熱溫度控制機構(gòu)(6b)，其在進行發(fā)熱電阻(5)的溫度控制的溫度控制電路中，使發(fā)熱電阻(5)的相對于空氣溫度的上升溫度因空氣溫度而變化?？梢酝瑫r地修正因整體溫度變化與吸氣通路壁面溫度變化而產(chǎn)生的熱式空氣流量計的流量檢測誤差，從而可以實現(xiàn)測定精度好的熱式空氣流量計。
文檔編號G01F1/00GK1879010SQ20038011071
公開日2006年12月13日 申請日期2003年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者中野洋, 山田雅通, 松本昌大, 渡邊泉, 半澤惠二, 中田圭一 申請人:株式會社日立制作所, 日立汽車技術(shù)有限公司