DE10330776A1

DE10330776A1 - Flussratendetektor vom thermischen Typ

Info

Publication number: DE10330776A1
Application number: DE10330776A
Authority: DE
Inventors: Koji Tanimoto; Naruki Suetake
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2003-07-08
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: US20040040377A1; KR100525544B1; US6889544B2; JP2004093189A; DE10330776B4; KR20040019867A; JP3650384B2

Abstract

Ein Flussratendetektor vom thermischen Typ enthält folgendes: eine Brückenschaltung, die durch Temperaturerfassungselemente auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite zum Erfassen einer Temperatur eines Fluids, das von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite fließt, und feste Widerstände aufgebaut hat; und eine Temperaturdifferenz-Steuerschaltung zum kontinuierlichen Zuführen elektrischer Leistung zu Wärmeerzeugungselementen auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturerfassungselementen ein vorbestimmter Wert wird. Die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung enthält folgendes: einen Differentialverstärker, der an die Brückenschaltung angeschlossen ist; eine erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung; eine zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung mit einer niedrigeren konstanten Spannung als derjenigen der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung; und die Wärmeerzeugungselemente auf der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Strommessgerät vom thermischen Typ oder ein Flussmessgerät vom thermischen Typ zum Erfassen einer Flussgeschwindigkeit oder einer Flussrate von beispielsweise Gas oder Flüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Flussratendetektor vom thermischen Typ, der zum Erfassen einer Menge an Luft verwendet wird, die in einen Motor für ein Automobil oder ähnliches als Anwendungsbeispiel gesaugt wird, und der die Erfassungsgenauigkeit erhöhen kann.

Allgemein wird bezüglich eines Flussratendetektors zum Messen einer Menge an Luft, die in einen Motor für ein Automobil gesaugt wird, im Allgemeinen ein solcher vom thermischen Typ verwendet, der eine Massenflussrate erfassen kann und der bezüglich einer Kostencharakteristik exzellent ist. Ein Motor saugt auf der Basis der Hin- und Herbewegung eines Kolbens Luft dort hinein und erhöht oder erniedrigt eine Menge an angesaugter Luft durch Öffnen oder Schließen einer Drosselklappe. Die Pulsierungsamplitude von Luft, die in einen Vier-Zylinder-Benzinmotor gesaugt wird, wird größer, wenn eine Öffnung der Drosselklappe weiter vergrößert wird, und in einem Laufzustand, in welchem der Motor mit voller Leistung läuft, wird die dort hinein gesaugte Luft der Pulsierungsfluss, der den Gegenstrom zur Folge hat. Demgemäß ist für die genaue Erfassung einer Menge an Luft, die in einen Motor gesaugt wird, ein Flussmessgerät erforderlich, das auch den Gegenstrom erfassen kann.

In Bezug auf ein Flussmessgerät vom thermischen Typ, das einen Gegenstrom erfassen kann, wie es in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 10-500490 gezeigt ist, ist ein Temperaturdifferenz-Erfassungstyp in die Praxis umgesetzt worden, bei welchem ein Wärmeerzeugungselement auf der Oberflächenseite eines Siliziumsubstrats angeordnet ist und Temperaturerfassungselemente jeweils auf der stromaufwärtigen Seite und auf der stromabwärtigen Seite in Bezug auf das Wärmeerzeugungselement angeordnet sind, um eine Flussrate aus der Differenz bezüglich der Temperatur zwischen dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite und dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite zu erfassen, wenn das Wärmeerzeugungselement auf eine feste Temperatur gesteuert wird. Das Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite wird bezüglich der Temperatur niedriger als das Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Flussrichtung. Somit kann deshalb, weil das Vorzeichen der Temperaturdifferenz zwischen dem richtigen Strom und dem Gegenstrom umgekehrt wird, der Gegenstrom erfasst werden.

Während das Wärmeerzeugungselement und die Temperaturerfassungselemente derart hergestellt sind, dass sie zum Reduzieren der Wärmekapazität unter Verwendung der feinen Musterung von Silizium von einer Diaphragma- bzw. Membranstruktur sind, kann deshalb, weil die mechanische Festigkeit sichergestellt wird, die nötige Reaktionsfähigkeit nicht erhalten werden, und somit wird die Erfassungsgenauigkeit ein Problem, das vom Motor und seinem Laufzustand abhängt. Zusätzlich ist deshalb, weil ein Ausgangssignal von der Temperaturdifferenz zwischen dem Wärmeerzeugungselement und der Temperatur der angesaugten Luft abhängt, die Temperaturdifferenzeinstellung der Schaltung zum Steuern bzw. Regeln (zu) einer festen Temperatur bei jedem Detektor erforderlich. Darüber hinaus ist es deshalb, da eine Temperaturdifferenz-Erfassungsschaltung zum Erfassen der Temperaturdifferenz zwischen der Festtemperatur-Erfassungsschaltung und den Temperaturerfassungselementen auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite erforderlich ist, schwierig, die Schaltung zu miniaturisieren.

Andererseits führt der oben angegebene Flussratendetektor vom thermischen Typ die Steuerung so aus, dass die Temperatur der angesaugten Luft und die Temperatur des Wärmeerzeugungselements fest wird, wohingegen bei einem Flussratendetektor vom thermischen Typ, der im japanischen Patent Nr. 11-326003 gezeigt ist, zwei Objekte vorgesehen sind, die jeweils ein Wärmeerzeugungselement und ein Temperaturerfassungselement haben, und die gemessene Temperaturdifferenz durch eine Regelschleife bzw. Steuerschleife auf dem Wert von Null gehalten wird und ein Signal, das auf der elektrischen Leistung basiert, die den Objekten zugeführt wird, um mit dem zuvor angegebenen Kriterium übereinzustimmen, gemäß welchem die Temperaturdifferenz Null sein muss, wird als Flussratensignal verwendet.

Ein herkömmlicher Flussratendetektor vom thermischen Typ wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines herkömmlichen Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt, und 9 ist eine Ansicht, die eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen des herkömmlichen Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt.

In 8 ist eine Brückenschaltung durch ein Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite, ein Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite und feste Widerstände R5 und R6 aufgebaut. Ein Ausgangssignal der Brückenschaltung wird zu einem Komparator eingegeben. Ein Ausgangsanschluss des Komparators ist über Schaltvorrichtungen Q1 und Q2 an Wärmeerzeugungselemente R1 und R4 angeschlossen.

Das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite, das Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite und die Wärmeerzeugungselemente R1 und R4 sind Widerstände vom temperaturempfindlichen Typ, die beispielsweise aus Platin, Nickel oder ähnlichem hergestellt sind, von welchen ein jeweiliger Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird, und sind in den zwei Objekten 01 und 02 ausgebildet, die eine Mikro-Brückenstruktur haben, wie es in 9 gezeigt ist.

Bei der in 8 gezeigten Schaltungskonfiguration werden das Wärmeerzeugungselement R1 auf der stromaufwärtigen Seite und das Wärmeerzeugungselement R4 auf der stromabwärtigen Seite abwechselnd erwärmt, so dass das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite und das Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite im Gleichgewicht sind, um nahezu dieselbe Temperatur zu bekommen. Beispielsweise dann, wenn die Schaltvorrichtung Q1 im EIN-Zustand ist, ist das Wärmeerzeugungselement R1 auf der stromaufwärtigen Seite im Heizzustand und ist das Wärmeerzeugungselement R4 auf der stromabwärtigen Seite im nichtheizenden Zustand. Wenn die Temperatur des Temperaturerfassungselements R2 auf der stromaufwärtigen Seite durch Heizen des Wärmeerzeugungselements R1 auf der stromaufwärtigen Seite angestiegen ist, wird die Spannung, die an einem Knoten zwischen dem festen Widerstand R6 und dem Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite erscheint, erhöht, und dann, wenn sie höher als diejenige wird, die an einem Knoten zwischen dem festen Widerstand R5 und dem Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite erscheint, wird der Pegel eines Ausgangssignals vom Komparator invertiert, so dass die Schaltvorrichtung Q2 EIN-geschaltet wird und die Schaltvorrichtung Q1 AUS-geschaltet wird. Somit wird das Wärmeerzeugungselement R4 auf der stromabwärtigen Seite so geheizt, dass die Temperatur des Temperaturerfassungselements R3 auf der stromabwärtigen Seite erhöht wird, während die Temperatur des Temperaturerfassungselements R2 auf der stromaufwärtigen Seite erniedrigt wird.

Wie es oben beschrieben ist, wird die elektrische Leistung intermittierend und abwechselnd zu den Wärmeerzeugungselementen R1 und R4 zugeführt, wodurch das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite und das Temperaturerfassungselement R3 auf der stromabwärtigen Seite ins Gleichgewicht gebracht werden, um nahezu dieselbe Temperatur zu bekommen. Der Tastgrad eines Gate-Signals der Schaltvorrichtung Q1, das ein Treibersignal für das Wärmeerzeugungselement R1 auf der stromaufwärtigen Seite wird, wird dann 50 %, wenn eine Flussrate Null ist. Dann wird der Tastgrad weiter erhöht, wenn die Flussrate in Vorwärtsrichtung größer wird, während er reduziert wird, wenn die Flussrate in Rückwärtsrichtung weiter erhöht wird. Somit wird der Tastgrad überwacht, um zuzulassen, dass die Flussraten in Vorwärtsrichtung und in Rückwärtsrichtung erfasst werden.

Beim oben angegebenen Flussratendetektor vom thermischen Typ hängt ungleich dem herkömmlichen Temperaturdifferenz-Erfassungssystem ein Ausgangssignal kaum von der Temperatur des Wärmeerzeugungselements ab und wird eine Funktion von nur einer Flussrate. Somit hat dieser Detektor den Vorteil, dass die Temperatureinstellung für das Wärmeerzeugungselement unnötig wird. Zusätzlich hat dieser Detektor deshalb, weil das Treibersignal des Wärmeerzeugungselements, das in der Erfassungsschaltung rückgekoppelt wird, als das Flussratensignal verwendet wird, den Vorteil, dass seine Reaktionsfähigkeit schneller als diejenige bei dem Temperaturdifferenz-Erfassungssystem ist. Jedoch dann, wenn der EIN-Widerstand der Schaltvorrichtung zum intermittierenden Steuern des Wärmeerzeugungselements in Abhängigkeit von der Temperatur oder ähnlichem schwankt, wird auch sein Ausgangssignal entsprechend geändert. Zusätzlich wird das Flussratensignal mit dem Rauschen aufgrund der Schaltoperation gemischt, und insbesondere dann, wenn die Flussratenempfindlichkeit niedrig ist, wird das SN-Verhältnis in einigen Fällen schlechter.

Darüber hinaus ist deshalb, weil das Ausgangssignal des Flussratendetektors vom thermischen Typ das Impulssignal ist, eine Schnittstellenschaltung in einigen Fällen erforderlich. Anders ausgedrückt ist in dem Fall, in welchem es beabsichtigt ist, dass das Impulssignal zu einem Analog/Digital-Wandler eingegeben wird, ein Tiefpassfilter zum Umwandeln des Impulssignals in die analoge Spannung erforderlich. Dann, wenn beabsichtigt ist, dass eine analoge Spannung mit kleiner Welligkeit erhalten wird, muss die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters auf eine niedrige Frequenz eingestellt werden, und als Ergebnis trifft man auf ein Problem, das darin besteht, dass die Reaktionsfähigkeit schlecht wird.

Bei einem weiteren herkömmlichen Flussratendetektor vom thermischen Typ, der in 10 gezeigt ist, sind ungleich dem System zum intermittierenden Steuern des Wärmeerzeugungselements, wie es oben beschrieben ist, Wärmeerzeugungselemente R7 und R8 in der äußeren Peripherie einer Rohrleitung vorgesehen, und die Temperaturdifferenz zwischen den Wärmeerzeugungselementen wird unter Verwendung eines Thermokopplers in einer (linearen) Steuerung zum Steuern des Erwärmens der Wärmeerzeugungselemente R7 und R8 erfasst, so dass der Pegel eines Ausgangssignals des Thermokopplers Null wird. Im japanischen Patent Nr. 11-326003 gibt es keine Beschreibung der detaillierten Schaltungskonfiguration einer (linearen) Steuerung bzw. Regelung. Jedoch ist unter Berücksichtigung anderer ähnlicher Ausführungsbeispiele die (lineare) betreffende Steuerung durch einen Analog/Digital-Wandler zum Umwandeln der Spannung vom Thermokoppler, einen Digital/Analog-Wandler zum Zuführen des Heizstroms zu den Wärmeerzeugungselementen R7 und R8 und einen Signalverarbeitungsteil aufgebaut. Während der in 10 gezeigte Flussratendetektor vom thermischen Typ, der ungleich dem in 8 gezeigten Flussratendetektor vom thermischen Typ ist, die Wärmeerzeugungselemente kontinuierlich steuern kann, ist die Schaltungskonfiguration kompliziert und wird die Miniaturisierung des Detektors schwierig, da der Analog/Digital-Wandler, der Digital/Analog-Wandler und der Signalverarbeitungsteil erforderlich sind.

Zusätzlich ist bei dem Aufbau der Temperaturerfassungselemente und der Wärmeerzeugungselemente, wie sie in 9 gezeigt sind, das Wärmeerzeugungselement R1 auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite stromaufwärts angeordnet. Somit hat der in 9 gezeigte Flussratendetektor vom thermischen Typ ein Problem, das darin besteht, dass die Wärme im Wärmeerzeugungselement R1 auf der stromaufwärtigen Seite durch das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite über das Fluid empfangen wird, um die Flussratenempfindlichkeit zu reduzieren.

Wie es oben beschrieben ist, leidet der herkömmliche Flussratendetektor zum derartigen Ausführen der Steuerung, dass die Temperaturdifferenz zwischen den zwei Temperaturerfassungselementen, die jeweils auf der stromaufwärtigen Seite und auf der stromabwärtigen Seite angeordnet sind, Null wird, um eine Menge an elektrischer Leistung zu erfassen, die zu dieser Zeit zu den Wärmeerzeugungselementen zugeführt wird, an dem Einfluss der Charakteristiken der Schaltvorrichtung zum intermittierenden Zuführen der elektrischen Leistung dort hindurch zu den Wärmeerzeugungselementen, und er erfordert auch den Analog/Digital-Wandler, den Digital/Analog-Wandler, den Signalverarbeitungsteil und ähnliches. Als Ergebnis wird auf ein Problem getroffen, das darin besteht, dass die Schaltungskonfiguration kompliziert wird und es schwierig ist, den Detektor zu miniaturisieren.

Darüber hinaus sind die Temperaturerfassungselemente und die Wärmeerzeugungselemente, die in den zwei Objekten ausgebildet sind, in der Reihenfolge von dem Wärmeerzeugungselement auf der stromaufwärtigen Seite, dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite, dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungselement auf der stromabwärtigen Seite von der stromaufwärtigen Seite des richtigen Stroms aus angeordnet. Somit wird auf ein Problem getroffen, das darin besteht, dass die Wärme des Wärmeerzeugungselements auf der stromaufwärtigen Seite durch das Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite empfangen wird, um die Flussratenempfindlichkeit zu reduzieren.

Zusätzlich ist beim Stand der Technik der Einfluss einer Änderung der Fluidtemperatur nicht berücksichtigt. Als Ergebnis wird auf ein Problem getroffen, das darin besteht, dass dann, wenn die Lufttemperatur stark geändert wird, wie bei der in den Automotor gesaugten Luft, der Fehler bei einer Flussratenerfassung aufgrund der Differenz zwischen der Temperaturabhängigkeit der Wärmeübertragungsrate im Wärmeerzeugungselement auf der stromaufwärtigen Seite und der Temperaturabhängigkeit der Wärmeübertragungsrate im Wärmeerzeugungselement auf der stromabwärtigen Seite auftritt.

Angesichts des Vorangehenden ist die vorliegende Erfindung gemacht worden, um die oben angegebenen Probleme zu lösen, die zum Stand der Technik gehören, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Flussratendetektor vom thermischen Typ zu schaffen, der eine Flussrichtung identifizieren kann, sowie mit einer Schaltungskonfiguration, die stärker vereinfacht als die herkömmliche ist, und der ein Flussratensignal einer analogen Spannung erhalten kann, das bezüglich eines SN-Verhältnisses exzellent ist.

Ein Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß der vorliegenden Erfindung enthält folgendes: eine Brückenschaltung, die durch ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement zum Erfassen einer Temperatur eines Fluids, das von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite fließt, und einen ersten und einen zweiten festen Widerstand aufgebaut ist; und eine Temperaturdifferenz-Steuerschaltung zum kontinuierlichen Zuführen elektrischer Leistung zu einem ersten und einem zweiten Wärmeerzeugungselement, so dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement ein vorbestimmter Wert wird. Weiterhin enthält die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung folgendes: einen Differentialverstärker, der an die Brückenschaltung angeschlossen ist; eine erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung; eine zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung mit einer niedrigeren konstanten Spannung als derjenigen der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung; und das erste und das zweite Wärmeerzeugungselement, und bei dem Flussratendetektor vom thermischen Typ ist das erste Wärmeerzeugungselement zwischen einer Ausgangsseite des Differentialverstärkers und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung angeschlossen und ist das zweite Wärmeerzeugungselement zwischen der Ausgangsseite des Differentialverstärkers und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung angeschlossen.

Als Ergebnis kann ein derartiger Effekt erhalten werden, dass auch eine Flussrichtung identifiziert werden kann, und ein Flussratensignal einer analogen Spannung, das exzellent bezüglich eines SN-Verhältnisses ist, kann erhalten werden.

Die obige und andere Aufgaben, sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung, werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klar werden, wobei:
1 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Ansicht ist, die eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen des Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine graphische Darstellung ist, die Flussratencharakteristiken des Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 eine graphische Darstellung ist, die einen Vergleich bezüglich Flussratencharakteristiken zwischen dem Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und einem herkömmlichen Flussratendetektor vom thermischen Typ zeigt;
5 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 eine graphische Darstellung ist, die Temperaturcharakteristiken des Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Konfiguration eines herkömmlichen Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt;
9 eine Ansicht ist, die eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen des herkömmlichen Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt; und
10 eine Ansicht ist, die eine Konfiguration eines weiteren herkömmlichen Flussratendetektors vom thermischen Typ zeigt.
Hierin nachfolgend werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
Ein Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist zu beachten, dass in den Figuren dieselben Bezugszeichen dieselben oder entsprechende Bestandteilselemente bezeichnen.
In 1 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 ein Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 2 ein Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 3 ein Wärmeerzeugungselement auf der stromaufwärtigen Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 4 ein Wärmeerzeugungselement auf der stromabwärtigen Seite; bezeichnet ein Bezugszeichen 5 einen festen Widerstand; bezeichnet ein Bezugszeichen 6 einen festen Widerstand, bezeichnet ein Bezugszeichen 10 einen Differentialverstärker; bezeichnet ein Bezugszeichen 11 einen festen Widerstand; bezeichnet ein Bezugszeichen 12 einen Kondensator; bezeichnet ein Bezugszeichen 13 einen festen Widerstand; bezeichnet ein Bezugszeichen 14 eine zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung; bezeichnet ein Bezugszeichen 15 einen Ausgangsanschluss; und bezeichnet ein Bezugszeichen 16 eine erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung.
Das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite, das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite, die festen Widerstände 5 und 6 und die Konstantspannungs-Leistungsversorgung Vdd bilden eine Brückenschaltung, von welcher eine Ausgangsseite wiederum an eine Eingangsseite des Differentialverstärkers 10 angeschlossen ist.
Der feste Widerstand 13, der zwischen einem invertierenden Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 und der Brückenschaltung angeschlossen ist, und der feste Widerstand 11 und der Kondensator 12, die zwischen dem invertierenden Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 und dem Ausgangsanschluss 15 angeschlossen sind, bilden eine Phasenkompensationsschaltung, die einen Teil der Phasenkompensation des sekundären Verzögerungssystems durchführt.
Das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite und das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite sind jeweils zwischen der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und zwischen der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 angeschlossen.
Die zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 ist bezüglich eines elektrischen Potentials niedriger als die erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und ist bei diesem Ausführungsbeispiel auf Erde gelegt bzw. an GND angeschlossen. Der Differentialverstärker 10 hat die Funktion zum Zuführen eines Stroms von seiner Ausgangsseite zum Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite, um den Strom von der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 über das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite zu seiner Ausgangsseite zu saugen.
Es ist zu beachten, dass eine Temperaturdifferenz-Steuerschaltung durch den Differentialverstärker 10, die Phasenkompensationsschaltung, das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite, das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite, die zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 und die erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 aufgebaut ist.
2 ist eine Draufsicht und eine Querschnittsansicht, die jeweils eine Anordnung von Flussraten-Erfassungselementen des Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigen.
In 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 21 eine Elektrode, bezeichnet ein Bezugszeichen 22 ein Diaphragma bzw. eine Membran, bezeichnet eine Bezugszeichen 23 ein Siliziumsubstrat und bezeichnet ein Bezugszeichen 24 einen Isolierfilm.
In einer Draufsicht sind in der oberen Reihe der 2 die Temperaturerfassungselemente 1 und 2 und die Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 über die Elektroden 21 elektrisch an eine externe Schaltung angeschlossen. Das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite, das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite, das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite und das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite senkrecht zur Flussrichtung ausgebildet, und jedes von ihnen ist durch einen temperaturempfindlichen Widerstand aufgebaut, der aus einem Material wie beispielsweise Platin oder Nickel hergestellt ist, wovon der Widerstandswert in Abhängigkeit von der Temperatur geändert wird. Bis jetzt sind, wie es in 9 gezeigt ist, die Wärmeerzeugungselemente R1 und R4 auf der stromaufwärtigen oder der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Temperaturerfassungselemente R2 und R3 angeordnet, wohingegen es bei diesem Ausführungsbeispiel das besondere Merkmal ist, dass die positionsmäßige Beziehung zwischen den Wärmeerzeugungselementen 3, 4 und den Temperaturerfassungselementen 1, 2 umgekehrt ist.
In einer Querschnittsansicht ist entlang der Linie A-A' einer Draufsicht in der unteren Reihe der 2 zum Zwecke eines Reduzierens der Wärmekapazität ein Teil der Rückflächenseite des Siliziumsubstrats 23 durch Anwenden eines Ätzens entfernt, um die Dünnfilm-Membran 22 in einem Teil auszubilden, der Flussraten-Erfassungselemente bildet. Zusätzlich ist der Isolierfilm 24 aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid mit einer Dicke von einigen μm hergestellt, und er dient zum Schützen des temperaturempfindlichen Widerstandsfilms (der Flussraten-Erfassungselemente) von der oberen und der unteren Seite aus.
Als nächstes wird hierin nachfolgend der Betrieb bzw. die Operation des Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 beschrieben.
Bei dem in 1 gezeigten Flussratendetektor vom thermischen Typ wird beim normalen Betrieb der Heizstrom zu den Wärmeerzeugungselementen 3 und 4 zugeführt, so dass die Spannung, die am invertierenden Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 erscheint, und die Spannung, die am nicht invertierenden Eingangsanschluss des Differentialverstärkers 10 erscheint, nahezu gleich zueinander werden. Anders ausgedrückt führt die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung in dem Fall, in welchem die zwei Temperaturerfassungselemente 1 und 2 bezüglich der Widerstands-Temperatur-Charakteristiken identisch zueinander sind und auch die festen Widerstände 5 und 6 identisch zueinander sind, den Heizstrom von der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und dem Differentialverstärker 10 zu den Wärmeerzeugungselementen 3 und 4 zu, so dass das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite und das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite bezüglich der Temperatur identisch zueinander werden. Als Ergebnis werden die Temperaturerfassungselemente 1 und 2 auf derselben Temperatur gehalten.
Wenn thermische Charakteristiken des Temperaturerfassungselements 1 und des Temperaturerfassungselements 2 und des Wärmeerzeugungselements 3 und des Wärmeerzeugungselements 4 als die Flussraten-Erfassungselemente, wie sie in 2 gezeigt sind, bei der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite gleich zueinander sind, und auch die Widerstands-Temperatur-Charakteristiken der Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 gleich zueinander sind, ist dann, wenn die Flussrate Null ist, das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 10 bei dem mittleren elektrischen Potential zwischen der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14. Wenn die Flussrate in Vorwärtsrichtung aus diesem Zustand erhöht wird, erfordert der Wärmeerzeugungswiderstand auf der stromaufwärtigen Seite deshalb, weil das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite und das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich einer Wärmeübertragungsrate größer als das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite und das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite werden, ein größeres Ausmaß an Wärmeerzeugung als es der Wärmeerzeugungswiderstand auf der stromabwärtigen Seite erfordert. Somit wird, damit die Temperaturdifferenz zwischen dem Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite und dem Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite auf Null gehalten werden kann, dem Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite mehr Heizstrom als derjenige zugeführt, der dem Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite zugeführt wird, und zwar vom Differentialverstärker 10.
3 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Flussrate, für welche die Vorwärtsrichtung als positiv definiert ist und die Rückwärtsrichtung als negativ definiert ist, und einem Flussratensignal (Ih/I0, Vm/Vcc) zeigt.
In 3 stellt die Abszissenachse eine Flussrate (Qm) dar, stellt die linke Seite der Ordinatenachse ein Stromverhältnis (Ih/I0) dar und stellt die rechte Seite der Ordinatenachse ein Spannungsverhältnis (Vm/Vcc) dar. Zusätzlich stellt Ihu einen Strom im Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite dar, stellt Ihd einen Strom im Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite dar und stellt I0 einen Strom dar, wenn die Flussrate Null ist. Darüber hinaus stellt Vm eine Spannung dar, die am Ausgangsanschluss erscheint, und stellt Vcc eine Spannung der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 dar.
Da dann, wenn die Flussrate (Qm) Null ist, die Beziehung Ihu = Ihd = I0 und Rhn (Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements auf der stromaufwärtigen Seite) = Rhd (Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements 4 auf der stromabwärtigen Seite) gebildet werden, werden die Beziehungen Ihu = I0 = Ihd/I0 = 1,0 und Vm/Vcc = 0,5 gebildet. Wenn die Flussrate in Vorwärtsrichtung erhöht wird, dann werden Ihu/I0 und Vm/Vcc erhöht, während Ihd/I0 und (Vcc – Vm)/Vcc erniedrigt werden. Es ist zu beachten, dass deshalb, weil beim Gegenstrom das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite und das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite auf der stromabwärtigen Seite in Bezug auf das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite und das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite angeordnet sind, die oben angegebene Abhängigkeit des Heizstroms von der Flussrate umgekehrt ist. Wie es in 3 gezeigt ist, zeigt die Spannung Vm, die am Ausgangsanschluss 15 des Differentialverstärkers 10 erscheint, die Charakteristiken, bei welchen sie über dem Bereich vom Gegenstrombereich bis zum Vorwärtsrichtungsbereich mit der Flussrate monoton größer wird. Somit wird die relativ einfache analoge Schaltung, die in 1 gezeigt ist, konfiguriert, und die Spannung Vm oder die Spannung, die über der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und dem Ausgangsanschluss 15 entwickelt wird, wird gemessen, um zuzulassen, dass die Flussrate in Bezug auf den Bereich, der den Bereich mit dem richtigen Strom und den Bereich mit dem Gegenstrom enthält, erfasst wird.
4 ist eine graphische Darstellung, die einen Vergleich bezüglich Flussraten-Charakteristiken zwischen den Flussraten-Erfassungselementen (den Temperaturerfassungselementen und den Wärmeerzeugungselementen) dieses Ausführungsbeispiels und den in 9 gezeigten herkömmlichen Flussraten-Erfassungselementen (den Temperaturerfassungselementen und den Wärmeerzeugungselementen) zeigt.
In 4 stellt die Abszissenachse die Flussrate (Qm) dar und stellt die Ordinatenachse das Spannungsverhältnis (Vm/Vcc) dar.
Es ist zu beachten, dass in beiden Fällen die in 1 gezeigte Schaltung verwendet wird. Im Stand der Technik sind die Wärmeerzeugungselemente R1 und R4 auf der stromaufwärtigen oder der stromabwärtigen Seite in Bezug auf die Temperaturerfassungselemente R2 und R3 angeordnet. Somit wird die Wärme des Wärmeerzeugungselements R1 auf der stromaufwärtigen Seite durch das Temperaturerfassungselement R2 auf der stromaufwärtigen Seite empfangen, um die Differenz der Wärmeübertragungsrate zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungselement und dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite zu reduzieren. Andererseits sind in dem Fall der Flussraten-Erfassungselemente bei diesem Ausführungsbeispiel deshalb, weil das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, die Flussraten-Erfassungselemente frei vom Einfluss eines Empfangs von Wärme, wie es im Stand der Technik gefunden wird. Als Ergebnis wird die Differenz der Wärmeübertragungsrate zwischen dem Wärmeerzeugungselement und dem Temperaturerfassungselement auf der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungselement und dem Temperaturerfassungselement auf der stromabwärtigen Seite groß. Demgemäß wird die Differenz bezüglich eines Heizstroms zwischen dem Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite und dem Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite groß, so dass, wie es in 4 gezeigt ist, die Flussratenempfindlichkeit dieses Ausführungsbeispiels weiter als diejenige des Standes der Technik erhöht wird, und somit können die Charakteristiken erhalten werden, die exzellent bezüglich einer Erfassungsgenauigkeit sind.
Es ist zu beachten, dass bei dem oben angegebenen ersten Ausführungsbeispiel eine solche Konfiguration angenommen ist, dass in 1 die Widerstandswerte der festen Widerstände 5 und 6 auf denselben Wert eingestellt sind, so dass die zwei Temperaturerfassungselemente 1 und 2 bezüglich der Temperatur gleich zueinander werden. Jedoch wird beispielsweise der Widerstandswert des festen Widerstands 6 auf größer als derjenige des festen Widerstands 5 eingestellt, wodurch veranlasst wird, dass die Ströme so durch die Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 fließen, dass die Temperatur des Temperaturerfassungselements 1 auf der stromaufwärtigen Seite um feste Ausmaße bzw. Grade höher als diejenige des Temperaturerfassungselements 2 auf der stromabwärtigen Seite wird.
Gegensätzlich dazu wird der Widerstandswert des festen Widerstands 5 auf größer als derjenige des festen Widerstands 4 eingestellt, wodurch veranlasst wird, dass die Ströme so durch die Wärmeerzeugungselemente 3 und 4 fließen, dass die Temperatur des Temperaturerfassungselements 2 auf der stromabwärtigen Seite um feste Ausmaße bzw. Grade höher als diejenige des Temperaturerfassungselements 1 auf der stromaufwärtigen Seite wird. In beiden oben angegebenen Beispielen zeigen die Schaltungen auch denselben Betrieb wie denjenigen der Schaltung der 1, und die Spannung Vm oder die Spannung, die über der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und dem Ausgangsanschluss 15 entwickelt wird, wird gemessen, um zuzulassen, dass die Flussrate in Bezug auf den Bereich, der den Bereich mit dem richtigen Strom und den Bereich mit dem Gegenstrom enthält, erfasst wird.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung durch nur eine einfache analoge Schaltung konfiguriert sein, ohne einen Analog/Digital-Wandler, einen Digital/Analog-Wandler oder ähnliches zu verwenden.
Zusätzlich wird deshalb, weil das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite derart angeordnet ist, dass es auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug auf das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite angeordnet ist, um zu verhindern, dass die Wärme des Wärmeerzeugungselements 3 auf der stromaufwärtigen Seite durch das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite über das Fluid empfangen wird, der Kühleffekt, der durch das Fluid zur Verfügung gestellt wird, erhöht, um die Flussratenempfindlichkeit zu verbessern.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben. 5 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 5 sind sowohl die Schaltung als auch die Flussraten-Erfassungselemente, außer einem festen Widerstand 7, dieselben wie diejenigen des oben angegebenen ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 gezeigt ist. Der feste Widerstand 7 ist in Reihe zu dem Wärmerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite und zwischen dem Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 oder dem Ausgangsanschluss 15 geschaltet.
Als nächstes wird hierin nachfolgend der Betrieb bzw, die Operation des Flussratendetektors vom thermischem Typ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben.
In dem Fall, in welchem eine Temperaturdrift kein Problem gegenüber der Änderung bezüglich einer Fluidtemperatur wird, kann die Schaltungskonfiguration, die in 1 gezeigt ist, verfügbar sein. Jedoch in dem Fall, in welchem insbesondere, wie bei einem Automobil, die Fluidtemperatur von –30 Grad bis in die Nähe von +100 Grad geändert wird, kann die Temperaturdrift in einigen Fällen ein Problem werden. Die Beziehung zwischen einer Menge an Wärmeerzeugung und einer Menge an Wärmestrahlung im Wärmeerzeugungselement wird durch den folgenden Ausdruck (1) ausgedrückt. RhIh2 = (a + bQm0,5) (Th – Ta) (Ausdruck 1) wobei Rh einen Widerstandswert des Wärmeerzeugungselements darstellt, Ih einen Strom darstellt, der durch das Wärmeerzeugungselement zu fließen veranlasst wird, Qm eine Flussrate darstellt, Th eine Temperatur des Wärmeerzeugungselements darstellt, Ta eine Fluidtemperatur darstellt und a und b Konstanten darstellen, die von der Flussrate unabhängig sind. Darüber hinaus wird die Spannung Vm, die am Ausgangsanschluss 15 erscheint, durch den folgenden Ausdruck (2) ausgedrückt: Vm = { (a + bQm0,5) (Thu – Ta) Rhu}1/2 (Ausdruck 2) Hier zeigt ein Suffix u das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite.
In den 1 und 5 wird dann, wenn die Flussrate Qm fest ist und die Fluidtemperatur ansteigt, der Widerstandswert Rh des Wärmeerzeugungselements, das den positiven Temperaturkoeffizienten bezüglich eines Widerstandswerts hat und an welches eine feste Spannung angelegt wird, erhöht und wird die Temperaturdifferenz (Th_u – Ta) erniedrigt. Bei der Schaltungskonfiguration der 1 werden die Widerstandswerte und die Temperaturen, die durch die Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungselements 3 auf der stromaufwärtigen Seite und des Wärmeerzeugungselements 4 auf der stromabwärtigen Seite geliefert werden, in Abhängigkeit von der Temperatur auf gleiche Weise geändert. Somit wird dann, wenn die Konstanten a und b dieselbe Temperaturabhängigkeit auf der stromaufwärtigen Seite und auf der stromabwärtigen Seite haben, die Spannung Vm nicht geändert, und somit tritt keine Temperaturdrift auf. Jedoch werden im allgemeinen die Temperaturkoeffizienten der Konstanten a und b auf der stromaufwärtigen Seite, die im Ausdruck (2) gezeigt ist, kleiner als diejenigen auf der stromabwärtigen Seite (ein Ausdruck ist hier weggelassen). Demgemäß wird bei der Schaltungskonfiguration der 1 der Pegel des Ausgangssignals bei den hohen Temperaturen reduziert, und somit tritt die negative Temperaturdrift auf.
In 5 reduziert das Anschließen des festen Widerstands 7 eine Abhängigkeit der Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 entwickelt wird, von der Fluidtemperatur. Somit wird beispielsweise dann, wenn die Fluidtemperatur ansteigt, die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 entwickelt wird, erhöht, während die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 entwickelt wird, erniedrigt wird. Demgemäß wird der Widerstandswert des festen Widerstands 7 geeignet eingestellt, um zuzulassen, dass die Temperaturdrift reduziert wird.
6 ist eine graphische Darstellung, die einen Vergleich bezüglich Temperaturdrift-Charakteristiken zwischen dem Fall, in welchem es keine Kompensation gibt (bei der in 1 gezeigten Schaltungskonfiguration), und dem Fall, bei welchem es die Kompensation gibt (bei der Schaltungskonfiguration in 5), zeigt.
In 6 stellt die Abszissenachse die Flussrate (Qm) dar, und dann stellt die Ordinatenachse die Änderungsrate (Temperaturdrift) der Flussraten-Charakteristiken dar, wenn die Fluidtemperatur hoch ist (+80 Grad) und wenn die Fluidtemperatur niedrig ist (–30 Grad), mit den Flussraten-Charakteristiken, wenn die Fluidtemperatur 23 Grad ist, als die Referenz. Aus der Figur wird verstanden, dass die Temperaturdrift bei der Schaltungskonfiguration mit der ihr zugeteilten Temperaturkompensation sowohl bei einer hohen Temperatur als auch bei einer niedrigen Temperatur kleiner als diejenige bei der Schaltungskonfiguration mit keiner Temperaturkompensation ist.
Es ist zu beachten, dass in 5 der feste Widerstand 7 in Reihe zu dem Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite geschaltet ist und die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 entwickelt wird, als das Flussratensignal verwendet wird. Jedoch auch in dem Fall, in welchem der feste Widerstand in Reihe zu dem Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite geschaltet ist und die Spannung, die über dem Ausgangsanschluss 15 und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 entwickelt wird, als das Flussratensignal verwendet wird, kann dieselbe Temperaturkompensation realisiert werden.
Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der feste Widerstand 7 in Reihe zu den Wärmeerzeugungselementen 3 und 4 geschaltet, wodurch es möglich ist, die Temperaturabhängigkeit der Spannung, die über der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 16 und der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 entwickelt wird, oder der Spannung, die über der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung 14 und der Ausgangsseite des Differentialverstärkers 10 entwickelt wird, zu ändern. Demgemäß ist es möglich, einen Fehler bei der Flussratenerfassung aufgrund der Änderung bei einer Fluidtemperatur zu kompensieren.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Flussratendetektor vom thermischen Typ gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird hierin nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration eines Flussratendetektors vom thermischen Typ gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
In 7 ist die Schaltungskonfiguration dieselbe wie diejenige des oben angegebenen in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels, außer einem festen Widerstand 8 und dass ein Temperaturkompensationsverfahren zugeteilt ist, das unterschiedlich von demjenigen des oben angegebenen zweiten Ausführungsbeispiels ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der feste Widerstand 8 parallel zu dem Temperaturerfassungselement 1 geschaltet, wodurch zum Kompensieren der sichtbaren Reduzierung des Temperaturkoeffizienten des Temperaturerfassungselements 1 auf der stromaufwärtigen Seite das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite derart betrieben wird, dass es bezüglich der Fluidtemperatur stärker als das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite geändert wird.
Beispielsweise wird dann, wenn das Fluid auf einer hohen Temperatur ist, das Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich der Temperatur höher als das Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite, und wird demgemäß das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite bezüglich der Temperatur höher als das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite. Daher erfordert das Wärmeerzeugungselement 3 auf der stromaufwärtigen Seite ein größeres Ausmaß an Wärmerzeugung als das Wärmeerzeugungselement 4 auf der stromabwärtigen Seite, um dadurch die Spannung zu erhöhen, die am Ausgangsanschluss 15 erscheint.
Andererseits wird dann, wenn gegensätzlich zu der oben angegebenen Operation das Fluid auf einer niedrigen Temperatur ist, die Spannung, die am Ausgangsanschluss 15 erscheint, reduziert. Demgemäß wird der Widerstandswert des festen Widerstands 8 geeignet eingestellt, wodurch, gleich zum oben angegebenen zweiten Ausführungsbeispiel, die Temperaturdrift reduziert werden kann. Dann zeigt der Detektor dieselben Temperaturcharakteristiken wie diejenigen des Detektors mit der Kompensation, die in 6 gezeigt sind.
Es ist zu beachten, dass in 7 der feste Widerstand 8 parallel zu dem Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite geschaltet ist. Jedoch sogar in dem Fall, in welchem der feste Widerstand 8 in Reihe zu dem Temperaturerfassungselement 1 auf der stromaufwärtigen Seite geschaltet ist, zeigt der Detektor denselben Betrieb wie denjenigen des vorangehenden bezüglich der Änderung bezüglich einer Fluidtemperatur, um zuzulassen, dass dieselben Effekte zur Verfügung gestellt werden. Darüber hinaus können selbst in dem Fall, in welchem der feste Widerstand entweder parallel oder in Reihe zu dem Temperaturerfassungselement 2 auf der stromabwärtigen Seite geschaltet ist, dieselben Effekte zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist der feste Widerstand 8 entweder parallel oder in Reihe zu dem Temperaturerfassungselement 1 oder 2 geschaltet, wodurch es möglich ist, die Fluidtemperaturabhängigkeit der Temperaturen, die durch die Wärmeerzeugung des Wärmeerzeugungselements 3 auf der stromaufwärtigen Seite und des Wärmeerzeugungselements 4 auf der stromabwärtigen Seite zur Verfügung gestellt werden, zu ändern. Somit ist es möglich, einen Fehler bezüglich einer Flussratenerfassung aufgrund der Änderung bezüglich einer Fluidtemperatur zu kompensieren.
Wie es hierin oben aufgezeigt ist, kann gemäß jedem der oben angegebenen Ausführungsbeispiele mit einer Schaltungskonfiguration, die verglichen mit einer herkömmlichen Stärke vereinfacht ist, auch eine Flussrichtung identifiziert werden, und ein Flussratensignal einer analogen Spannung wird erhalten, welches bezüglich eines SN-Verhältnisses exzellent ist.
Zusätzlich ist gemäß jedem der oben angegebenen Ausführungsbeispiele der Aufbau der Temperaturerfassungselemente und der Wärmeerzeugungselemente, die die Flussraten-Erfassungselemente bilden, erdacht, wodurch die Flussratenempfindlichkeit verbessert wird, und somit kann die Flussrate über einen weiten Flussratenbereich mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Darüber hinaus wird gemäß den oben angegebenen zweiten und dritten Ausführungsbeispielen selbst dann, wenn die Fluidtemperatur geändert wird, die Temperaturdrift unterdrückt, und somit kann die Flussrate mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
Während die vorliegende Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele und die spezifischen Modifikationen davon gezeigt und beschrieben worden ist, wird es verstanden werden, dass die verschiedenen Änderungen und andere Modifikationen Fachleuten auf dem Gebiet in den Sinn kommen werden, ohne vom Schutzumfang und Sinngehalt der Erfindung abzuweichen. Der Schutzumfang der Erfindung ist daher einzig durch die beigefügten Ansprüche zu bestimmen.

Claims

Flussratendetektor vom thermischen Typ, der folgendes aufweist: eine Brückenschaltung, die ein erstes und ein zweites Temperaturerfassungselement (1, 2) zum Erfassen einer Temperatur eines Fluids, das von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite fließt, und einen ersten und einen zweiten festen Widerstand (5, 6) aufweist; und eine Temperaturdifferenz-Steuerschaltung zum kontinuierlichen Zuführen elektrischer Leistung zu einem ersten und einem zweiten Wärmeerzeugungselement (3, 4), so dass eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement (1, 2) ein vorbestimmter Wert wird, wobei die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung folgendes aufweist: einen Differentialverstärker (10), der an die Brückenschaltung angeschlossen ist; eine erste Konstantspannungs-Leistungsversorgung (16); eine zweite Konstantspannungs-Leistungsversorgung (14) mit einer niedrigeren konstanten Spannung als derjenigen der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung (16); und das erste und das zweite Wärmeerzeugungselement (3, 4), wobei das erste Wärmeerzeugungselement (3) zwischen einer Ausgangsseite des Differentialverstärkers (10) und der zweiten Konstantspannungs-Leistungsversorgung (14) angeschlossen ist und das zweite Wärmeerzeugungselement (4) zwischen der Ausgangsseite des Differentialverstärkers (10) und der ersten Konstantspannungs-Leistungsversorgung (16) angeschlossen ist.
Flussratendetektor vom thermischen Typ nach Anspruch 1, wobei die Temperaturdifferenz-Steuerschaltung weiterhin einen dritten festen Widerstand (7) aufweist, der in Reihe zu einem von dem ersten und dem zweiten Wärmeerzeugungselement (3, 4) geschaltet ist.
Flussratendetektor vom thermischen Typ nach Anspruch 1, wobei die Brückenschaltung weiterhin einen vierten festen Widerstand (8) aufweist, der durch eine Parallel- oder eine Reihenschaltung zu einem von dem ersten und dem zweiten Temperaturerfassungselement (1, 2) angeschlossen ist.
Flussratendetektor vom thermischen Typ nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Temperaturerfassungselement (1) auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug zu dem zweiten Temperaturerfassungselement (2) angeordnet ist; das erste Wärmeerzeugungselement (3) auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug zu dem zweiten Wärmeerzeugungselement (4) angeordnet ist; und das erste Temperaturerfassungselement (1) auf der stromaufwärtigen Seite in Bezug zu dem erste Wärmeerzeugungselement (3) angeordnet ist.