DE19855870A1 - Flußsensor der wärmeempfindlichen Art - Google Patents
Flußsensor der wärmeempfindlichen ArtInfo
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Abstract
Ein Flußsensor der wärmeempfindlichen Art, welcher bei niedrigen Kosten unter Verwendung von diskreten Teilen in kleiner Größe mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit hergestellt werden kann, enthält eine Korrekturschaltung, welche in der Lage ist, einen erfaßten Strom, welcher eine Durchflußmenge eines betroffenen Fluids anzeigt und aus einer Flußmengen-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, zu kompensieren. Ein Flußsensor der wärmeempfindlichen Art enthält eine Arithmetik-Verarbeitungsschaltung (200) zur Verarbeitung einer Erfassungsspannung (V¶M¶), die aus einer Flußmengen-Erfassungsschaltung (100) zugeführt wird und die Flußmenge angibt, eine Spannung-zu-Strom-Wandelschaltung (504) zur Wandlung der Erfassungsspannung (V¶M¶) in einen Strom (I¶1¶), die in der Lage ist, eine Verstärkungseinstellung durchzuführen, eine Korrekturschaltung (300) zur Korrektur eines Pegels eines Stromsignals (I¶2¶), welches aus der Spannung-zu-Strom-Wandelschaltung (500) ausgegeben wird, und eine Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung (600) zur Ausgabe des Stromsignals (I¶01¶), welches durch die Korrekturschaltung (300) korrigiert wurde, als Erfassungsausgabe-Stromsignal des Flußsensors der wärmeempfindlichen Art. Die Korrekturschaltung (300) enthält Dioden, welche als diskrete Teile, die keine identische Charakteristik aufweisen müssen, implementiert sind.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Flußsensor der
wärmeempfindlichen Art zur Erfassung einer Durchflußmenge eines
Fluids unter Verwendung von wärmeempfindlichen Widerständen.
In bislang bekannten Flußsensoren der wärmeempfindlichen Art
werden Brückenschaltungen verwendet, welche aufgebaut sind aus
einer Vielzahl von Widerstandselementen, einschließlich eines
ersten wärmeempfindlichen Widerstands zur Erfassung einer
Atmosphären- oder Umgebungstemperatur, und eines zweiten
wärmeempfindlichen Widerstands, welcher angeordnet ist
innerhalb eines Durchgangs, durch welchen ein Fluid fließt, wie
z. B. ein Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors, und welcher
elektrisch erwärmt wird. Zu diesem Zweck wird ein Heizstrom,
der dem zweiten wärmeempfindlichen Widerstand zum Zwecke des
elektrischen Heizens zugeführt wird, so gesteuert, daß dessen
Temperatur um einen vorbestimmten Wert höher gehalten wird als
die Umgebungstemperatur, wobei die Wärmemenge, welche dem
wärmeempfindlichen Widerstand durch das Fluid, dessen
Durchflußmenge (bzw. Strömungsgeschwindigkeit) gemessen werden
soll, entzogen wird, über die Veränderung des durch den zweiten
wärmeempfindlichen Widerstand fließenden Heizstroms erfaßt
wird. Somit kann die Durchflußmenge des Fluids, wie der
Ansaugluft, auf der Grundlage der erfaßten Veränderung des
Heizstroms erfaßt werden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird
zunächst ausführlich ein konventioneller Flußsensor der
wärmeempfindlichen Art beschrieben. Fig. 5 ist ein Schaltbild,
welches eine Schaltungskonfiguration eines bekannten
Flußsensors der wärmeempfindlichen Art zeigt, welcher z. B. in
der ungeprüften japanischen Patentanmeldung mit der
Veröffentlichungsnummer 117436/1995 (JP-A-7-117436) offenbart
wird. Unter Bezugnahme auf diese Figur umfaßt der
konventionelle Flußsensor der wärmeempfindlichen Art eine
Temperatursteuerschaltung 10, eine Operationsverstärker-
Schaltung 15, eine erste Konstantstromschaltung 16, eine zweite
Konstantstromschaltung 17, eine erste Konstantstrom-
Steuerschaltung 18, eine dritte Konstantstromschaltung 19, eine
vierte Konstantstromschaltung 20 und eine zweite Konstantstrom-
Steuerschaltung 21, die im folgenden ausführlich beschrieben
werden.
Als erstes wird die Temperatursteuerschaltung 10 beschrieben.
Wie aus Fig. 5 ersichtlich ist, enthält die
Temperatursteuerschaltung 10 eine Brückenschaltung, welche
durch Widerstände R1 und R2 gebildet wird, einen die
Durchflußmenge (bzw. Strömungsgeschwindigkeit) erfassenden,
wärmeempfindlichen Widerstand Rh, und einen die
Umgebungstemperatur erfassenden, wärmeempfindlichen Widerstand
Rc, wobei ein Verbindungspunkt f zwischen dem Widerstand R1 und
dem die Umgebungstemperatur erfassenden, wärmeempfindlichen
Widerstand Rc, und ein Verbindungspunkt b zwischen dem
Widerstand R2 und dem die Durchflußmenge erfassenden,
wärmeempfindlichen Widerstand Rh der Brückenschaltung jeweils
mit Eingangsanschlüssen eines Differentialverstärkers 101
verbunden sind, welcher einen Ausgangsanschluß hat, der mit der
Basis eines Transistors 102 verbunden ist, dessen Emitter mit
einem Verbindungspunkt a zwischen dem die Durchflußmenge
erfassenden, wärmeempfindlichen Widerstand Rh und dem die
Umgebungstemperatur erfassenden, wärmeempfindlichen Widerstand
Rh verbunden ist, während der Kollektor des Transistors 102 mit
einer positiven oder Pluselektrode einer Gleichspannungsquelle
103 verbunden ist, deren andere Elektrode auf Erdpotential
gelegt ist.
Als nächstes wird der Betrieb der Temperatursteuerschaltung 10
beschrieben. Wenn die Spannungen an den Verbindungspunkten b
und f gleich werden, tritt die Brückenschaltung in einen
Gleichgewichtszustand bzw. ausgeglichenen Zustand. In diesem
Zustand fließt ein elektrischer Strom Ih, welcher der
Durchflußmenge eines betroffenen Fluids entspricht, durch den
die Durchflußmenge erfassenden, wärmeempfindlichen Widerstand
Rh. Die Ausgangsspannung VH am Verbindungspunkten b wird durch
das Produkt des Stroms Ih und des Widerstandswerts des
Widerstands R2 gegeben. Diese Spannung VH wird als
Durchflußmengen-Signal benutzt.
Im Hinblick auf die Kompensation von Streuungen in der
Durchflußmengen-Erfassung aufgrund von Streuungen der
Widerstandswerte der wärmeempfindlichen Widerstände Rh und Rc
und der Widerstände R1 und R2 sowie deren
Temperaturkoeffizienten, wird der Erfassungsausgabewert bei
einer vorbestimmten Durchflußmenge (gewöhnlich eine relativ
niedrige Durchflußmenge) als ein Ziel- oder Wunschwert
eingestellt, durch Einstellen des Widerstandswerts des
Widerstands R1, um dadurch die Erfassungscharakteristik des
Flußsensors der wärmeempfindlichen Art entsprechend zu
verändern bzw. zu übersetzen.
Nun wendet sich die Beschreibung der Operationsverstärker-
Schaltung 15 zu, welche dafür ausgelegt ist, das aus der
Temperatursteuerschaltung 10 ausgegebene Durchflußmengen-Signal
zu verarbeiten. Die Operationsverstärker-Schaltung 15 enthält
einen Operationsverstärker 106, der einen invertierenden
Eingangsanschluß und einen mittels eines Rückkoppel-Widerstands
R13 verbundenen Ausgangsanschluß hat, und einen
Eingangswiderstand R11, dessen eines Ende mit dem
Verbindungspunkt b der oben erwähnten Brückenschaltung
verbunden ist. Das andere Ende des Eingangswiderstand R11 ist
mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 106 verbunden.
Die erste Konstantstromschaltung 16 enthält einen Transistor
110, der einen Emitter hat, welcher mit einer Leitung einer
Referenzquellenspannung Vref mittels eines Widerstands R25
verbunden ist, und einen Kollektor, der mit dem nicht
invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 106
verbunden ist. Anderseits enthält die zweite
Konstantstromschaltung 17 einen Transistor 111, der eine
Emitterelektrode hat, die mit der Leitung der
Referenzquellenspannung Vref mittels eines Widerstands R26
verbunden ist, und einen Kollektor, der mit dem invertierenden
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 106 verbunden ist.
Die Basiselektroden beider Transistoren 110 und 111 sind in
Kaskade verbunden und gemeinsam angeschlossen an einen
Ausgangsanschluß eines Operationsverstärkers 108, welcher einen
Teil der ersten Konstantstrom-Steuerschaltung 18 bildet, welche
unten beschrieben wird.
Die oben erwähnte erste Konstantstromschaltung 18 ist
ausgelegt, um die jeweiligen Ausgangsstromwerte I16 und I17 der
ersten und zweiten Konstantstromschaltungen 16 und 17 auf der
Grundlage der voreingestellten Referenzquellenspannung Vref zu
steuern. Zu diesem Zweck wird die erste Konstantstrom-
Steuerschaltung 18 gebildet durch Widerstände R20, R21, R22, R23
und R24, und einen Operationsverstärker 108, welche so
angeschlossen sind, wie es aus Fig. 5 ersichtlich ist.
Ferner enthält der Flußsensor der wärmeempfindlichen Art die
dritte Konstantstromschaltung 19, welche eine ähnliche Struktur
hat wie die erste Konstantstromschaltung 16, und enthält die
vierte Konstantstromschaltung 20, welche in einer im
wesentlichen gleichen Struktur implementiert ist wie die zweite
Konstantstromschaltung 17, und enthält die zweite
Konstantstrom-Steuerschaltung 21, welche ähnlich implementiert
ist wie die erste Konstantstrom-Steuerschaltung 18.
Als nächstes wendet sich die Beschreibung der
Operationsverstärker-Schaltung 15 zu. Der Wert bzw.
Spannungspegel der Eingangsspannung Vp, welche angelegt wird an
den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 106, kann bestimmt werden durch
Subtrahieren eines Spannungsabfalls, welcher am Widerstand R11
auftritt aufgrund des mittels der ersten Konstantstromschaltung 16
durch den Widerstand R11 fließenden Stroms I16, von der
Ausgangsspannung VH der Temperatursteuerschaltung 10. Die oben
erwähnte Eingangsspannung Vp wird nämlich durch den folgenden
Ausdruck (1) gegeben:
Vp = VH - (R11×I16) (1).
Anderseits kann der Wert oder Spannungspegel der
Eingangsspannung Vn, welche angelegt wird an den invertierenden
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 106, bestimmt werden
durch Subtrahieren eines Spannungsabfalls, der auftritt am
Widerstand R13 aufgrund des mittels der zweiten
Konstantstromschaltung 17 durch den Widerstand R13 fließenden
Stroms I17, von der Ausgangsspannung Vo der
Operationsverstärker-Schaltung 15. Die oben erwähnte
Eingangsspannung Vn wird nämlich durch den folgenden Ausdruck
(2) gegeben:
Vn = Vo - (R13×I17) (2).
Der Operationsverstärker 106 steuert die Ausgangsspannung Vo
der Operationsverstärker-Schaltung 15, so daß die durch Vp = Vn
gegebene Bedingung erfüllt wird. Somit wird die
Ausgangsspannung Vo des Flußsensors der wärmeempfindlichen Art
durch den folgenden Ausdruck (3) gegeben:
Vo = VH - (R11×I16) + (R13×I17) (3).
In Zusammenhang mit dem obigen Ausdruck (3) beachte man, daß
wenn die Widerstandswerte der Widerstände R11 und R13 geeignet
gewählt werden, z. B. R11 = R13, die Ausgangsspannung Vo der
Operationsverstärker-Schaltung 15 wie folgt ausgedrückt werden
kann:
Vo = VH - (I17 + I16)×R11 (4).
Als nächstes wird der Betrieb der ersten Konstantstromschaltung
16, der zweiten Konstantstromschaltung 17 und der ersten
Konstantstrom-Steuerschaltung 18 beschrieben. Da die
Ausgangsspannung V20, welche angelegt wird an den nicht
invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 108,
abgeleitet wird aus der Spannungsteilung der Ausgangsspannung
VH der Temperatursteuerschaltung 10 durch die Widerstände R20
und R21, wird die Eingangsspannung V20 durch den folgenden
Ausdruck (5) gegeben:
V20 = {R21/(R20 + R21)}×VH (5).
Anderseits wird die Eingangsspannung V22, die angelegt wird an
den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers
108, abgeleitet über die Spannungsteilung einer
Potentialdifferenz zwischen einer Zwischenanschlußspannung V24,
welche auftritt am Widerstand R26, und der voreingestellten
Referenzquellenspannung Vref durch die Widerstände R22 und R23.
Dementsprechend wird die Eingangsspannung V22 gemäß dem
folgenden Ausdruck (6) bestimmt:
V22 = R22/(R22 + R23)×V24 + R23/(R22 + R23)×Vref (6).
Der Operationsverstärker 108 steuert die ersten und zweiten
Konstantströme I16 und I17, welche durch den Widerstand R24
fließen, durch Steuerung der jeweiligen Basisströme der
Transistoren 110 und 111, und steuert weiterhin die
Zwischenanschlußspannung V24 des Widerstands R24, so daß die
Bedingung V20 = V22 erfüllt werden kann. Dementsprechend gilt
der folgende Ausdruck (7).
R21/(R20 + R21)×VH = R22/(R22 + R23)×V24
+ R23/(R22 + R23)×Vref (7).
Aus dem Ausdruck (7) kann die Zwischenanschlußspannung V24 des
Widerstands R24, d. h. die am Widerstand R24 auftretende
Spannung in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck (8)
bestimmt werden:
V24 = R21/(R20 + R21)×(R22 + R23)/R22×VH - R22/R23×Vref (8).
In Zusammenhang mit dem obigen Ausdruck (8) beachte man, daß
wenn die Widerstandswerte der Widerstände R20, R21, R22 und R23
geeignet dimensioniert werden, z. B. R20 = R21 und R22 = R23,
dann kann der Ausdruck (8) wie folgt vereinfacht werden:
V24 = VH - Vref (9).
Da die Summe der ersten und zweiten Konstantströme, d. h. I16 +
I17, gleich einer Summe des Stroms I24 ist, welcher durch den
Widerstand R24 fließt, und des Stroms I23, welcher durch eine
Reihenschaltung der Widerstände R23 und R22 fließt, d. h. I24 +
I23, wird die Summe der ersten und zweiten Konstantströme, d. h.
I16 + I17 durch den folgenden Ausdruck (10) gegeben:
I16 + I17 = V24/R24 + (V24 - Vref)/(R22 + R23) (10).
In diesem Zusammenhang gelten die folgenden Beziehungen.
V24 = VH - Vref und R22 = R23 (11).
Dementsprechend wird die Summe der ersten und zweiten
Konstantströme, d. h. I16 + I17 durch den folgenden Ausdruck (12)
gegeben:
I16 + I17 = (1/R24 + 1/2R22)×VH
- (1/R24 + 1/R22)×Vref (12).
Mit der in Fig. 5 gezeigten Schaltungskonfiguration ist nur
der Quellenstrom, welcher in den Basis strömen der Transistoren
110 und Ill seinen Ursprung hat, von Bedeutung für die Ausgabe
des Operationsverstärkers 108, ohne Begleitung durch einen
Abfallstrom. Ferner, da der oben erwähnte Quellenstrom zu Null
wird solange wie die Eingangsspannung V20, die an den nicht
invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 108
angelegt wird, und die Eingangsspannung V22, welche an den
invertierenden Eingangsanschluß angelegt wird, die Bedingung
V22 ≧ V20 erfüllen, ist der erste Konstantstrom I16 und der
zweite Konstantstrom I17 gleich 0, solange wie die Bedingung
V22 ≧ V20 erfüllt ist.
Dementsprechend wird die Summe der ersten und zweiten
Konstantströme, d. h. I16 + I17 zu Null unter der Bedingung, daß
R20 = R21 und R22 = R23. Somit gilt der folgende Ausdruck (13):
V24 + Vref ≧ VH (13).
In jenem Fall, aus dem Ausdruck (10) und im Hinblick auf die
Bedingung, daß R22 = R23, wird die Spannung V24 gegeben durch
den folgenden Ausdruck (14):
V24 = {R24/(2R22 + R24)} + Vref (14).
Die Zwischenanschlußspannung V24 kann keinen Spannungspegel
annehmen, welcher nicht höher ist als der durch den obigen
Ausdruck gegebene Wert. Dementsprechend, unter der durch den
Ausdruck (15) gegebenen Bedingung, gilt der folgende Ausdruck
(16):
{1 + R24/(2R22 + R24)}×Vref ≧ VH (15)
und
I16 + I17 = 0 (16).
Als nächstes werden Verhältnisse oder Beziehungen zwischen dem
ersten Konstantstrom I16 und dem zweiten Konstantstrom I17
betrachtet. Beide Basen der Transistoren 110 und 111 liegen auf
einem gleichen Spannungspegel, da sie gemeinsam mit dem
Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 108 verbunden sind,
wie bereits erwähnt. Dementsprechend, unter der Annahme, daß
die Basis-Emitter-Spannung Vbe des Transistors 110 und jene des
Transistors 111 gleich sind, ist die Zwischenanschlußspannung
V25, welche am Widerstand R25 auftritt, gleich der
Zwischenanschlußspannung V26, welche am Widerstand R26
auftritt. Somit sind die durch die folgenden Ausdrücke (17)
gegebenen Beziehungen gültig.
V25 = I16×R25
V26 = I17×R26
V25 = V26 (17).
V26 = I17×R26
V25 = V26 (17).
Aus dem Ausdruck (17) wird die durch den folgenden Ausdruck
(18) gegebene Beziehung gültig.
I16 = (R26/R25)×I17 (18).
Aus den Ausdrücken (12) und (18) kann die Differenz zwischen
dem ersten Konstantstrom und dem zweiten Konstantstrom in
Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck (20) bestimmt
werden:
I17 - I16 = (1 - G1)/(1 + G1)×(I16 + I17)
= (1 - G1)/(1 + G1)×{(1/R24 + 1/R22)×VH
- (1/R24 + 1/R22)×Vref} (20)
wobei R26/R25 durch G1 dargestellt wird.
Aus dem obigen Ausdruck (20) und dem Ausdruck (4), welcher die
Ausgangsspannung Vo der Operationsverstärker-Schaltung 15
betrifft, wird die durch den folgenden Ausdruck (21) gegebene
Beziehung gültig.
Vo = VH + R11×(1 - G1)/(1 + G1)×(I16 + I17)
= VH + R11×(1 - G1)/(1 + G1)×{(1/R24 + 1/2R22)
×VH - (1/R24 + 1/R22)×Vref} (21).
Wie aus dem obigen Ausdruck (21) hervorgeht, hängt die
Ausgangsspannung Vo der Operationsverstärker-Schaltung 5 von
der Ausgangsspannung VH der Temperatursteuerschaltung 10 ab,
und wird gleich der Ausgangsspannung VH, wenn die durch den
folgenden Ausdruck (22) gegebene Bedingung erfüllt wird.
VH ≦ {1 + R24/(2R22 + R24)}×Vref (22).
Ferner, wenn die Bedingung, welche durch den folgenden Ausdruck
(23) gegeben ist:
VH < {1 + R24/(2R22 + R24)}×Vref (23)
erfüllt wird, wird ein Wert, welcher von der Differenz zwischen
der Ausgangsspannung VH und der voreingestellten
Quellenspannung Vref und von Widerstandswerten der Widerstände
R11, R22, R24 und den Werten des Verhältnisses G1 zwischen den
Widerständen R25 und R26 abhängt, von der Ausgangsspannung VH
abgezogen bzw. zu ihr hinzu addiert, abhängig vom Betrag bzw.
vom Wert des oben erwähnten Verhältnisses G1 bezüglich 0.
Wie aus der vorangegangenen Beschreibung hervorgeht, werden bei
dem konventionellen Flußsensor der wärmeempfindlichen Art die
Schaltungskonstanten für die Konstantstrom-Steuerschaltungen
unter der Annahme bestimmt, daß die Basis-Emitterspannung Vbe
der Transistoren 110 und 111, welche die Konstantstrom-
Schaltungen 16 und 17 jeweils bilden, gleich sind, und daß die
Anschlußspannungen, welche an den Widerständen auftreten, die
jeweils mit den Emittern der Transistoren verbunden sind,
gleich sind.
In vielen der bekannten Flußsensoren der wärmeempfindlichen
Art, sind die Transistoren 110 und 111, welche jeweils Teil der
Konstantstromschaltungen 16 und 17 sind, als diskrete
Komponenten montiert. Folglich ist es in der Praxis sehr
schwierig bzw. unmöglich gleiche Betriebscharakteristiken für
diese Transistoren sicherzustellen. In anderen Worten, die
Charakteristiken dieser Transistoren werden sich unweigerlich
unterscheiden. Als Folge kann die Ausgangsspannung Vo der
Operationsverstärker-Schaltung nicht unbedingt das
Entsprechungsverhältnis zur Ausgangsspannung VH, welche aus der
Temperatursteuerschaltung abgeleitet wird, mit hinreichender
Treue halten. Um dieses Probleme auszuschließen, ist es
erforderlich die ersten und zweiten Konstantstromschaltungen,
sowie die dritten und vierten Konstantstromschaltungen als
integrierte Schaltungen zu implementieren, um dadurch die
Charakteristiken dieser Transistoren gleich zu machen. Der
Versuch der Implementierung der Konstantstrom-Schaltungen in
der integrierten Schaltung führt jedoch zu einem weiteren
Problem, wonach die bei der Herstellung des wärmeempfindlichen
Strömungsmessers auftretenden Kosten unprofitabel ansteigen.
Im Lichte des obigen Standes der Technik ist es Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Flußsensor der wärmeempfindlichen
Art zu schaffen, welcher mit hoher Treue oder Genauigkeit sowie
Zuverlässigkeit hergestellt werden kann, selbst wenn die oben
erwähnten Schaltungselemente durch den Einsatz diskreter Teile
verwirklicht werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die
Schaffung eines Flußsensors der wärmeempfindlichen Art, welcher
mit kleinen Abmessungen und geringen Kosten hergestellt werden
kann.
Allgemein lehrt die vorliegende Erfindung die Ausstattung eines
Flußsensors der wärmeempfindlichen Art mit einer Korrektur- oder
Kompensationsschaltung, welche in der Lage ist mit hoher
Genauigkeit einen Erfassungsstrom zu korrigieren oder zu
kompensieren (bzw. diesen wettzumachen), welcher eine
Durchflußmenge eines betroffenen Fluids anzeigt und aus einer
Flußerfassungseinrichtung ausgegeben wird.
Somit, im Hinblick auf die obigen und weitere Aufgaben, welche
mit fortschreitender Beschreibung erkennbar werden, wird gemäß
eines allgemeinen Aspekts der vorliegenden Erfindung ein
Flußsensor der wärmeempfindlichen Art geschaffen, welcher eine
Flußmengen-Erfassungseinrichtung enthält, welche in Beziehung
zu einem Durchgang angeordnet ist, durch welchen ein Fluid
fließt, um eine Durchflußmenge des Fluids zu erfassen, um damit
eine Spannung eines Pegels aus zugeben, welcher die Flußmenge
anzeigt, eine Spannungs/Strom-Wandeleinrichtung zur Wandlung
der Ausgabespannung der Flußmengen-Erfassungseinrichtung in
einen Strom, eine Korrektureinrichtung zur Korrektur eines
Pegels eines Stromsignals, welches aus der Spannungs/Strom-
Umwandlungseinrichtung ausgegeben wird während sich der Pegel
der Ausgangsspannung, welche die Flußmenge bzw.
Strömungsgeschwindigkeit anzeigt, verändert bzw. driftet, und
eine Stromausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Stromsignals,
welches von der Korrektureinrichtung korrigiert wurde, als ein
Erfassungsausgangsstrom-Signal, welches die Flußmenge des
Fluids anzeigt.
Durch das Vorsehen der oben erwähnten Stromkorrektur- bzw.
Stromkompensationseinrichtung, kann ein Flußsensor der
wärmeempfindlichen Art geschaffen werden, dessen
Erfassungsausgangsstrom-Signal im wesentlichen unbeeinflußt
bleibt von Einflüssen von Spannungsveränderungen oder
Spannungsdrifts, die stattfinden in dem Flußsensor der
wärmeempfindlichen Art aufgrund der Streuung bzw. der Varianz
von Charakteristiken der oben erwähnten Schaltungselemente.
Nebenbei kann der Flußsensor der wärmeempfindlichen Art
kostengünstig mit gleichbleibenden Charakteristiken unter
Verwendung diskreter Schaltungselemente hergestellt werden.
In einem Modus zur Durchführung der Erfindung sollte die
Korrektureinrichtung eine Vorrichtung enthalten, um einen
Korrekturstartpunkt variabel zu machen, abhängig von der
Veränderung der Ausgangsspannung, welche die Durchflußmenge
anzeigt.
Mit der oben erwähnten Anordnung, kann der Stromkorrektur- bzw.
Stromkompensations-Startpunkt leicht verändert werden, was
Vorteile schafft.
In einem weiteren Modus zur Durchführung der Erfindung sollte
die Korrektureinrichtung vorzugsweise entworfen sein, um eine
Einrichtung zu enthalten, zur Veränderung über der
Zunahmegeschwindigkeit des Pegels des Stromsignals, welches aus
der Stromausgabeeinrichtung ausgegeben wird, beginnend ab dem
Korrekturstartpunkt.
Aufgrund der oben erwähnten Anordnung kann die verlangte
Stromcharakteristik leicht verwirklicht werden, was weitere
Vorteile schafft.
Gemäß eines weiteren Modus zur Durchführung der Erfindung,
sollte die Korrektureinrichtung so entworfen sein, daß der
Korrekturstartpunkt eingestellt wird zu einem Zeitpunkt, bei
welchem der Pegel der Ausgangsspannung, welcher die
Durchflußmenge anzeigt, einen vorbestimmten
Referenzspannungswert erreicht oder überschreitet und/oder zu
einem Zeitpunkt, bei welchem der Pegel der Ausgangsspannung,
welcher die Durchflußmenge anzeigt, niedriger wird als ein
vorbestimmter Spannungswert.
Aufgrund der oben erwähnten Anordnung, kann der Stromkorrektur- oder
Stromkompensations-Startpunkt einfach verändert werden,
was Vorteile schafft.
Bei einem weiteren Modus zur Durchführung der Erfindung, kann
eine Vielzahl der Korrekturstartpunkten in Zusammenhang mit der
Korrektureinrichtung eingestellt werden.
Mit der oben erwähnten Anordnung, kann sowohl der Korrektur- oder
Kompensations-Startpunkt, als auch der Korrektur- bzw.
Kompensationsstrom wie verlangt ohne Schwierigkeiten
eingestellt werden, was Vorteile schafft.
In einem weiteren Modus zur Durchführung der Erfindung können
die Ausgangsschaltung jeweils der Spannung/Strom-
Wandelschaltung und der Stromausgabeeinrichtung durch eine
Transistorschaltung mit Darlington-Verbindung gebildet werden.
Aufgrund der oben erwähnten Anordnung, können Fehler bzw.
Abweichungen des Basisstroms des Transistors aufgrund von
Streuungen der Werte und Temperaturcharakteristiken zwischen
den Komponenten von Teilen des Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art verringert werden, was seinerseits
bedeutet, daß das Erfassungs-Ausgangsstromsignal mit hoher
Treue und Genauigkeit erhalten werden kann.
Bei einem weiteren Modus zur Durchführung der Erfindung sollte
die Spannung/Strom-Wandeleinrichtung eine
Verstärkungsanpassungs-Einrichtung enthalten, zur Anpassung des
Pegels des Erfassungsausgangsstrom-Signals.
Mit der oben erwähnten Anordnung kann die Zahl der
Komponententeile verringert werden. Ferner kann der Flußsensor
der wärmeempfindlichen Art auf einem Substrat stark reduzierter
Größe implementiert werden, was schließlich zur kostengünstigen
Implementierung des Flußsensor der wärmeempfindlichen Art in
einer verkleinerten Struktur führt, was weitere Vorteile
schafft.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und begleitende
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch das Lesen der
folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungen besser
verständlich, zusammengenommen mit den beispielhaft dargelegten
Zeichnungen.
Im Verlauf der folgenden Beschreibung wird auf die Zeichnungen
Bezug genommen, in welchen:
Fig. 1 ein Schaltbild ist, welches eine Schaltungs
konfiguration eines Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art gemäß einer ersten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2A bis 2C charakteristische Schaubilder sind, zur
Veranschaulichung des Betriebs einer Korrektur- oder
Kompensationsschaltung, die eingebaut ist in dem
Flußsensor der wärmeempfindlichen Art gemäß der
ersten Ausführung der Erfindung, wobei
die Fig. 2A eine Ansicht zur Veranschaulichung des
Betriebs der Korrekturschaltung in einem ihrer
Zustände ist,
die Fig. 2B eine Ansicht zur Veranschaulichung des
Betriebs der Korrekturschaltung in einem weiteren
ihrer Zustände ist, und
die Fig. 2G eine Ansicht zur Veranschaulichung des
Betriebs der Korrekturschaltung in einem weiteren
ihrer Zustände ist;
Fig. 3 ein Schaltbild ist, welches eine Schaltungs
konfiguration eines Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art gemäß einer zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 4 ein Schaltbild ist, welches eine Schaltungs
konfiguration eines Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art gemäß einer dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 5 ein Schaltbild ist, welches einen konventionellen,
bekannten Flußsensor der wärmeempfindlichen Art
zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich in Zusammenhang
mit dem beschrieben, was gegenwärtig als bevorzugte oder
typische Ausführung angesehen wird, unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen.
Nun wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung unter
Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, welche ein Schaltbild ist,
das eine Schaltungskonfiguration eines Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art gemäß der ersten Ausführung der
Erfindung zeigt. In der Figur umfaßt der nun betrachtete
Flußsensor der wärmeempfindlichen Art eine
Temperatursteuerschaltung 100 und eine Arithmetik-
Verarbeitungsschaltung 200, welche ihrerseits eine
Kompensations- oder Korrekturschaltung 300 und eine
Ausgabeschaltung 400 enthält, wobei die Ausgabeschaltung 400
eine Spannung/Strom-Wandelschaltung 500 und eine
Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600 umfaßt.
Im allgemeinen ist der Flußsensor der wärmeempfindlichen Art
gemäß der vorliegenden Ausführung der Erfindung so
implementiert, daß eine Erfassungsspannung VM, welche
ausgegeben wird aus der Temperatursteuerschaltung 100 und die
Strömungsgeschwindigkeit bzw. Durchflußmenge eines fließenden
Fluids anzeigt, einer Spannung-zu-Strom-Umwandlung durch die
Spannung/Strom-Wandelschaltung 500 unterzogen wird, wobei ein
Strom I2,welcher aus der zuvor erwähnten
Spannungs/Stromwandlung hervorgeht, durch die Kompensations- oder
Korrekturschaltung 300 korrigiert oder kompensiert wird,
zur Ausgabe eines Ausgangsstromsignals 101, welches die
Durchflußmenge mit hoher Treue angibt bzw. wiedergibt, durch
die Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600.
Als erstes wird die Temperatursteuerschaltung 100 beschrieben.
Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt die
Temperatursteuerschaltung 100 eine Brückenschaltung, welche
einen die Durchflußmenge (bzw. Strömungsgeschwindigkeit)
erfassenden wärmeempfindlichen Widerstand RH enthält, einen die
Atmosphären- bzw. Umgebungstemperatur erfassenden
wärmeempfindlichen Widerstand RK, einen die Durchflußmenge
erfassenden festen Widerstand RM und einen die Temperatur
kompensierenden festen Widerstand R1, einen
Differentialverstärker 101 mit Eingangsanschlüssen, die jeweils
mit Verbindungspunkten b und f der Brückenschaltung verbunden
sind, einen Transistor 102 und eine Gleichspannungsquelle 103,
wie im Fall des konventionellen Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art.
Genauer gesagt ist der Ausgangsanschluß des
Differentialverstärkers 101 mit der Basiselektrode des
Transistors 102 verbunden, dessen Emitter mit einem
Schaltungspunkt a der Brückenschaltung verbunden ist, während
der Kollektor des Transistors 102 mit der positiven bzw.
Pluselektrode der Gleichspannungsquelle 103 verbunden ist,
deren andere Elektrode auf Erdpotential gelegt ist. Übrigens
kann die Gleichspannungsquelle 103 durch eine Batterie gebildet
sein, wie sie in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist. Der Betrieb
der Temperatursteuerschaltung 100 ist bekannt und wurde zuvor
in Zusammenhang mit dem konventionellen Flußsensor der
wärmeempfindlichen Art beschrieben. Dementsprechend ist eine
Wiederholung der Beschreibung nicht notwendig.
Nun wird die Arithmetik-Verarbeitungsschaltung 200 beschrieben.
Die Arithmetik-Verarbeitungsschaltung 200 umfaßt die
Ausgangsschaltung 400, welche entworfen ist den Strom I2
auszugeben, durch Spannung-zu-Strom-Umwandlung der
Erfassungsspannung VM, welche die Flußmenge anzeigt, wie sie
von der Temperatursteuerschaltung 100 zugeführt wird, und die
Korrekturschaltung 300 zur Korrektur bzw. Kompensation des
Stroms I2, der sich aus der Spannung-zu-Strom-Umwandlung
ergibt.
Genauer gesagt enthält die Ausgabeschaltung 400 eine
Spannung/Strom-Wandelschaltung 500 zur Wandlung der
Erfassungsspannung VM, die von der Temperatursteuerschaltung
100 zugeführt wird und die Durchflußmenge anzeigt, in einen
Strom I2, und eine Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600
zur Ausgabe, als Erfassungsausgabestrom-Signal I01 des
Flußsensors der wärmeempfindlichen Art, des Stroms I2, welcher
sich aus der oben erwähnten Spannung-zu-Strom-Umwandlung ergibt
und die Durchflußmenge anzeigt, nach der Korrektur oder
Kompensation des Stromes I2 durch die Korrekturschaltung 300.
Die Spannung/Strom-Wandelschaltung 500 enthält einen
Operationsverstärker 501, welcher einen nicht-invertierenden
Eingangsanschluß hat, an welchen die Erfassungsspannung VM
mittels eines festen Widerstands 503 angelegt wird. Ein
Spannung/Strom-Wandelwiderstand 504 ist eingefügt zwischen dem
invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 501
und dem Erdpotential. Ferner ist der Ausgangsanschluß des
Operationsverstärkers 501 mit der Basis eines Transistors 505
mittels eines festen Widerstands 502 verbunden. Andererseits
ist der Emitter des Transistors 505 mit dem invertierenden
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 501 verbunden,
während feste Widerstände 605 und 606, die Teile der
Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600 bilden, in Reihe
zwischen dem Kollektor des Transistors 505 und einem Anschluß
der Referenzquellenspannung Vcc angeschlossen sind.
Als nächstes wird der Betrieb der Spannung/Strom-
Wandelschaltung 500 beschrieben. Der Operationsverstärker 501,
der feste Widerstand 502 und der Transistor 505 arbeiten
zusammen, um eine negative Rückkoppelschaltung zu bilden.
Somit, wenn das Potential am invertierenden Eingangsanschluß
des Operationsverstärkers 501 durch VM' dargestellt wird, gilt
der folgende Ausdruck (24).
VM' = VM (24).
Das Potential bzw. die Spannung VM' wird mittels des
Spannungs/Strom-Wandelwiderstands 504 in einen Strom I1
umgewandelt, in Übereinstimmung mit dem folgenden Ausdruck
(25):
I1 = VM'/R2 = VM/R2 (25)
wobei R2 den Widerstandswert des Spannungs/Strom-
Wandelwiderstand 504 darstellt.
Auf diese Weise wird die Erfassungsspannung VM, welche die
Durchflußmenge eines Fluids anzeigt, der
Spannungs/Stromwandlung unterzogen, um in einen Erfassungsstrom
I1 umgewandelt zu werden, welcher die Durchflußmenge anzeigt.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, daß durch Implementierung
des Spannungs/Strom-Wandelwiderstands 504 mit dem
Widerstandswert R2 als einem einstellbaren, variablen
Widerstand anstelle eines festen Widerstands, es möglich ist
gleichzeitig die Spannungs/Stromwandlung und die
Verstärkungseinstellung zu bewirken.
Wenn man den Kollektorstrom und den Emitterstrom des
Transistors 505 jeweils durch Ic1 und Ie1 darstellt, gilt der
folgende Ausdruck (26).
Ic1 ≈ Ie1 = I1 (26).
Die Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600 enthält einen
Operationsverstärker 601, welcher einen nicht-invertierenden
Eingangsanschluß hat, welcher mit einem Verbindungspunkt
zwischen den festen Widerständen 605 und 606 verbunden ist,
wobei dessen invertierender Eingangsanschluß verbunden ist mit
dem Anschluß der Referenzquellenspannung Vcc mittels eines
festen Widerstand 604. Ferner ist der Ausgangsanschluß des
Operationsverstärkers 601 mit der Basis eines Transistors 603
mittels eines festen Widerstands 602 verbunden. Andererseits
ist der Emitter des Transistors 603 mit dem invertierenden
Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 601 verbunden, wobei
das Erfassungsstromsignal 101 des Flußsensors der
wärmeempfindlichen Art aus dem Kollektor des Transistors 603
ausgegeben wird.
Der Betrieb der Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600 wird
nun zum Zwecke der Vereinfachung der Beschreibung ohne
Berücksichtigung des Betriebs der Korrekturschaltung 300
beschrieben. Aufgrund der Spannungs/Stromwandlung, welche durch
die Spannungs/Strom-Wandelschaltung 500 durchgeführt wird,
fließt der Erfassungsstrom I1, welcher die Durchflußmenge eines
Fluids anzeigt, durch den Transistor 505, den festen Widerstand
605 mit einem Widerstandswert R3 und den festen Widerstand 606
mit einem Widerstandswert R4. In jenem Fall können die
Zwischenanschluß-Spannungen V1 und V2, welche an den festen
Widerständen 605 und 606 jeweils auftreten, durch die folgenden
Ausdrücke (27) und (28) auf Grundlage des Ausdrucks (25)
dargestellt werden.
V1 = Vcc - {(R3 + R4)/R2}×VM (27)
V2 = Vcc - (R3/R2)×VM (28).
Da der Operationsverstärker 601, der feste Widerstand 602 und
der Widerstand 603 zusammenwirken, um die bereits erwähnte
negative Rückkoppelschaltung zu bilden, herrscht ein
sogenannter imaginärer Kurzschlußzustand. Folglich, wenn das
Potential am invertierenden Eingangsanschluß des
Operationsverstärkers 601 durch V2' dargestellt wird, gilt der
folgende Ausdruck (29).
V2' = V2 (29).
Somit fließt der durch den weiter unten angegebenen Ausdruck
(30) gegebene Strom Io durch einen festen Widerstand 604,
welcher einen Widerstandswert R5.
Io = (Vcc - V2)/R5 = {R3/(R2×R5)}×VM (30).
Stellt man den Kollektorstrom und Emitterstrom des Transistors
603 jeweils durch Ic2 und Ie2 dar, gilt der folgende Ausdruck
(31)
Ic2 ≈ Ie2 =Io (31).
In Wirklichkeit ist jedoch der durch die festen Widerstände 605
(R3) und 606 (R4) fließende Strom als Summe des
Erfassungsstroms I1, welcher die Durchflußmenge angibt, und des
Stroms I2 gegeben, da die Korrekturschaltung 300 vorgesehen
ist.
Die Kompensations- oder Korrekturschaltung 300 wird durch
Operationsverstärker 301 und 306, Dioden 302 und 307, feste
Widerstände 303, 304, 308 und 309, und variable Widerstände 305
und 310 gebildet, welche so miteinander verbunden sind, wie es
aus der Figur ersichtlich ist.
Beim Betrieb wird angenommen, daß der Korrekturstrom I2 zur
Korrekturschaltung 300 fließt, wie in Fig. 1 veranschaulicht.
Dann werden die Spannungen V1 und V2, welche an den festen
Widerständen 605 und 606 auftreten, durch die folgenden
Ausdrücke (32) und (33) gegeben.
V1 = Vcc - (R3 + R4)×(I1 + I2) (32)
V2 = Vcc - R3×(I1 + I2) (33)
wobei I1 den Erfassungsstrom darstellt, der von der
Durchflußmenge abhängt, und I2 die Stromkomponente darstellt,
welche für die Korrektur verwendet wird und als Kompensations- oder
Korrekturstrom bezeichnet wird.
Aus den Ausdrücken (30) und (33) wird der Strom Io, welcher
durch den festen Widerstand 604 fließt, durch den folgenden
Ausdruck (34) gegeben:
Io = (R3/R5)×(I1 + I2) (34).
An diesem Punkt können die Potentiale oder Spannungen Vr1 und
Vr2 an den nicht-invertierenden Eingangsanschlüssen der
Operationsverstärker 301 und 306 jeweils durch die folgenden
Ausdrücke (35) und (36) gegeben werden:
Vr1 = {R7/(R6 + R7)}×Vcc (35)
Vr2 = {R9/(R8 + R9)}×Vcc (36).
Aufgrund der idealen Diodenverbindungen, jeweils zwischen dem
Operationsverstärker 301 und der Diode 302 bzw. zwischen dem
Operationsverstärker 306 und der Diode 307, wie in Fig. 1
gezeigt, wird ein Korrekturstrom I2 zur Korrekturschaltung 300
fließen, welcher die durch die folgenden Ausdrücke (37) und
(38) gegebenen Bedingungen erfüllt:
Vr1 = Vr1' (37)
Vr2 = Vr2' (38)
wobei Vr1' und Vr2' jeweils Potentiale an den invertierenden
Eingangsanschlüssen der Operationsverstärker 301 und 306
darstellen.
Die Korrektur bzw. Kompensation, welche durch die
Korrekturschaltung durchgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf
die Fig. 2A bis 2C erklärt. Fig. 2A ist eine Ansicht,
welche graphisch die VM-zu-V1-Charakteristik und VM-zu-Io-
Charakteristik veranschaulicht, unter der Annahme, daß ein
variabler Widerstand 310, welcher einen Widerstandswert R11 hat
und in Fig. 1 gezeigt ist, geöffnet wird. Indem die
Erfassungsspannung VM, welche aus der Temperatursteuerschaltung
100 ausgegeben wird, als Parameter genommen wird, kann das
Potential V1 und der Strom Io (siehe Fig. 1) wie folgt
ausgedrückt werden:
V1 = Vcc - {(R3 + R4)/R2}×VM
Io = {R3/(R2×R5)}×VM.
Io = {R3/(R2×R5)}×VM.
Die Korrektur des Erfassungsstroms I1 wird durchgeführt, wobei
die nicht-invertierende Eingangsspannung Vr1 in Übereinstimmung
mit dem Ausdruck (35) auf die unten beschriebene Weise
eingestellt wird.
Wenn V1 < Vr1, ist die Richtung, in welche der Korrekturstrom I2
fließt, entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung der Diode 302.
Dementsprechend kann kein Korrekturstrom fließen. Im Gegensatz
dazu, wenn V1 ≦ Vr1, wie in Fig. 2A gezeigt, stimmt die
Richtung des Korrekturstroms I2 mit der Durchlaßrichtung der
Diode 302 überein. Dementsprechend fließt der Korrekturstrom
I2.
Somit wird die Bedingung, welche die Korrektur bzw.
Kompensation des Erfassungsstroms erlaubt durch
V1 ≦ Vr1 (39)
gegeben, wobei Vr1 gegeben ist durch:
Vr1 = Vcc - {(R3 + R4)}×VM (40).
Indem die Erfassungsspannung VM, welche die durch den Ausdruck
(40) gegebene Bedingung erfüllt, als VM1 bezeichnet wird, kann
die Bedingung, welche die Korrektur oder Kompensation
ermöglicht, wie folgt ausgedrückt werden:
VM ≧ VM1 (41).
Andererseits kann der Korrekturstrom I2 wie folgt bestimmt
werden:
I2 = (V1 - Vr1)/R10 (42).
Aus den Ausdrücken (25), (42) und (34), wird der Strom Io durch
den folgenden Ausdruck (43) gegeben:
Io = {R3/(R2×R5)}×VM + {R3/(R5×R10)}
×(V1 - Vr1) (43).
Auf der Grundlage der Ausdrücke (35) und (43) kann der
Korrekturpunkt einfach eingestellt werden, durch Einstellen des
Verhältnisses der Spannungsteilung, welche durch den festen
Widerstand 303 (R6) und den festen Widerstand 304 (R7) bewirkt
wird, während der Korrekturstrom I2 mittels des variablen
Widerstands 305 (R10) einfach eingestellt werden kann.
Fig. 2B ist eine Ansicht, welche graphisch die VM-zu-V1-
Charakteristik und die VM-zu-Io-Charakteristik veranschaulicht,
unter der Annahme, daß der variable Widerstand 305, welcher
einen widerstandswert R10 hat und in Fig. 1 gezeigt ist,
geöffnet wird. Indem die Erfassungsspannung VM als Parameter
genommen wird, kann das Potential V1 und der Strom Io wie folgt
ausgedrückt werden:
V1 = Vcc - {(R3 + R4)}×VM
Io = {R3/(R2×R5)}×VM.
Io = {R3/(R2×R5)}×VM.
Die Korrektur des Erfassungsstrom I1 wird durchgeführt, wobei
die nicht-invertierende Eingangsspannung Vr2 in Übereinstimmung
mit dem Ausdruck (36) auf die unten beschriebene Weise
eingestellt wird.
Wenn V1 < Vr2, ist die Richtung, in welcher der Korrekturstrom
I2 fließt, entgegengesetzt zur Durchlaßrichtung der Diode 307.
Dementsprechend kann kein Korrekturstrom fließen. Im Gegensatz
dazu, wenn V1 ≧ Vr2, wie in Fig. 2B gezeigt, stimmt die
Richtung des Korrekturstroms I2 mit der Durchlaßrichtung der
Diode 307 überein. Dementsprechend fließt der Korrekturstrom
I2.
Somit wird die Bedingung, welche die Korrektur des
Erfassungsstroms ermöglicht, gegeben durch
V1 %V Vr2 (44)
wobei Vr2 gegeben ist durch
Vr2 = Vcc - {(R3 + R4)/R2}×VM (45).
Indem die Erfassungsspannung VM, welche die durch den Ausdruck
(45) gegebene Bedingung erfüllt, als VM2 dargestellt wird, kann
die Bedingung, welche die Korrektur ermöglicht, wie folgt
ausgedrückt werden:
VM ≦ VM2 (46).
Andererseits kann der Korrekturstrom I2 wie folgt bestimmt
werden:
I2 = (V1 - Vr2)/R11 (47).
Aus den Ausdrücken (25), (47) und (34) wird der Strom Io durch
den folgenden Ausdruck (48) gegeben:
Io = {R3/(R2×R5)}×VM + {R3/(R5×R11)}
×(V1 - Vr2) (48).
Aus den Ausdrücken (36) und (48) kann der Korrekturpunkt leicht
eingestellt werden durch Einstellen des Verhältnisses der
Spannungsteilung, welche durch den festen Widerstand 308 (R8)
und den festen Widerstand 309 (R9) bewirkt wird, während der
Korrekturstrom I2 mittels des variablen Widerstands 310 (R11)
leicht eingestellt werden kann.
Fig. 2C ist ein Schaubild, welches grafisch die VM-zu-V1-
Charakteristik und die VM-zu-Io-Charakteristik veranschaulicht,
wenn die beiden in den Fig. 2A und 2B veranschaulichten
Korrekturen gleichzeitig durchgeführt werden. In diesem Fall
kann der Korrekturpunkt und der Strom für die Korrektur oder
Kompensation des Erfassungssignals leicht eingestellt werden,
wie aus der im Zusammenhang mit den Fig. 2A und 2B
durchgeführten Beschreibung leicht hervorgeht.
Gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung, verwirklicht in
deren zweiten Ausführung, wird vorgeschlagen, den Transistor
505 und den Transistor 603, welche jeweils einen Teil der
Spannung/Strom-Wandelschaltung 500 bzw. der
Erfassungsstromsignal-Ausgabeschaltung 600 bilden, jeweils in
der Form von Darlington-Transistorschaltungen 603A und 505A zu
implementieren, wie in Fig. 3 gezeigt. Mit einer solchen
Schaltungsanordnung kann ein großer Stromverstärkungsfaktor zur
Verfügung gestellt werden. Dies bedeutet seinerseits, daß
Fehler aufgrund von Streuung bzw. Ungleichheiten unter den
Komponententeilen und aufgrund von Variationen der Basisströme
aufgrund von Temperaturcharakteristiken der Transistoren
unterdrückt werden können, wodurch das Ausgabesignal des
Flußsensors der wärmeempfindlichen Art mit hoher Genauigkeit
und Zuverlässigkeit erhalten werden kann.
In dem Flußsensor der wärmeempfindlichen Art gemäß einer
dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung werden die
elektronischen Teile, welche die ideale Diodenschaltungen
bilden, unter Verwendung von Basisemitter-Übergängen (PN-
Übergängen) von Transistoren 302A und 307A implementiert.
Aufgrund dieser Anordnung wird es unnötig, Dioden mit
identischer Charakteristik zu verwenden. In anderen Worten, die
idealen Diodenschaltungen können unter Verwendung von diskreten
Teilen implementiert werden, was seinerseits bedeutet, daß die
Herstellungskosten für den Flußsensor der wärmeempfindlichen
Art verringert werden können, was einen weiteren Vorteil
schafft.
Viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung
sind im Lichte der obigen Techniken möglich. Es versteht sich,
daß diese Erfindung innerhalb des Umfangs der angehängten
Ansprüche anders umgesetzt werden kann als es ausdrücklich
beschrieben wurde.
Claims (7)
1. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art, umfassend:
eine Flußmengen-Erfassungseinrichtung (100), welche in Zusammenhang mit einem Durchgang angeordnet ist, durch welchen ein Fluid fließt, zur Erfassung einer Durchflußmenge des Fluids, um dadurch eine Spannung (VM) eines Pegels auszugeben, welcher die Durchflußmenge anzeigt,
eine Spannung-zu-Strom-Wandeleinrichtung (500) zur Umwandlung der Ausgangsspannung der Flußmengen- Erfassungeinrichtung in einen Strom (I1),
eine Korrektureinrichtung (300) zur Korrektur eines Pegels eines Stromsignals (12), welches aus der Spannung-zu- Strom-Wandeleinrichtung (500) ausgegeben wird als Pegel der Ausgangsspannung (VM), welche die Flußmengenveränderungen anzeigt, und
eine Stromausgabeeinrichtung (600) zur Ausgabe eines Stromsignals (101), welches durch die Korrektureinrichtung (100) korrigiert wurde, als ein Erfassungsausgangsstrom- Signal, welches die Flußmenge des Fluids anzeigt.
eine Flußmengen-Erfassungseinrichtung (100), welche in Zusammenhang mit einem Durchgang angeordnet ist, durch welchen ein Fluid fließt, zur Erfassung einer Durchflußmenge des Fluids, um dadurch eine Spannung (VM) eines Pegels auszugeben, welcher die Durchflußmenge anzeigt,
eine Spannung-zu-Strom-Wandeleinrichtung (500) zur Umwandlung der Ausgangsspannung der Flußmengen- Erfassungeinrichtung in einen Strom (I1),
eine Korrektureinrichtung (300) zur Korrektur eines Pegels eines Stromsignals (12), welches aus der Spannung-zu- Strom-Wandeleinrichtung (500) ausgegeben wird als Pegel der Ausgangsspannung (VM), welche die Flußmengenveränderungen anzeigt, und
eine Stromausgabeeinrichtung (600) zur Ausgabe eines Stromsignals (101), welches durch die Korrektureinrichtung (100) korrigiert wurde, als ein Erfassungsausgangsstrom- Signal, welches die Flußmenge des Fluids anzeigt.
2. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (300)
eine Einrichtung (303, 304; 308, 309) enthält, um einen
Korrekturstartpunkt variabel zu machen, abhängig von der
Veränderung der Ausgangsspannung (VM), welche die
Durchflußmenge angibt.
3. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (300)
eine Einrichtung (301, 302, 305; 306, 307, 310) enthält,
zur Veränderung über die Zunahmegeschwindigkeit des Pegels
des Stromsignals, welches aus der Stromausgabeeinrichtung
(600) ausgegeben wird, startend ab dem
Korrekturstartpunkt.
4. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinrichtung (300)
so entworfen ist, daß der Korrekturstartpunkt eingestellt
wird zu einem Zeitpunkt, an welchem der Pegel der
Ausgangsspannung, welche die Durchflußmenge anzeigt, einen
vorbestimmten Referenzspannungswert erreicht oder
überschreitet, und/oder zu einem Zeitpunkt, an welchem der
Pegel der Ausgangsspannung, welche die Durchflußmenge
anzeigt, niedriger wird als ein voreingestellter
Referenzspannungswert.
5. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl der
Korrekturstartpunkte in Zusammenhang mit der
Korrektureinrichtung eingestellt werden.
6. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgabeschaltung der
Spannung-zu-Strom-Umwandlungseinrichtung (500) und der
Stromausgabeeinrichtung (600) durch eine
Transistorschaltung in Darlington-Verbindung gebildet
wird.
7. Flußsensor der wärmeempfindlichen Art nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung-zu-Strom-
Umwandlungseinrichtung (500) eine Verstärkungseinstell-
Einrichtung (504) enthält, zur Einstellung des Pegels des
Erfassungsausgabestrom-Signals (I01).
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