JP2007248136A - 熱式ガス流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用環境に関係なく発熱抵抗体の支持体への汚損によって生じる出力特性への影響を抑制することができる熱式ガス流量測定装置を実現する。
【解決手段】被測定ガス中に第１の発熱抵抗体２１が配置され、この第１の発熱抵抗体２１の上流あるいは下流側に配置された測温抵抗体２４から流量に関係する信号を出力する。第１の発熱抵抗体２１とそれを支持する支持体２との間に第１の発熱抵抗体２１とは電気的に絶縁された第２の発熱抵抗体２２を配置する。この第２の発熱抵抗体２２により第１の発熱抵抗体２１から支持体２に伝達される熱量を抑制する。第２の発熱抵抗体２２の実用温度範囲若しくは第１の発熱抵抗体２１と第２の発熱抵抗体２２との間の接続部の温度範囲を水滴が膜沸騰で蒸発消滅する温度以上となるように、第１の発熱抵抗体２１と第２発熱抵抗体２２の温度を制御回路３１により制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発熱抵抗体と測温抵抗体とを用いて、被測定流体の流量を測定する熱式ガス流量測定装置に関する。

発熱抵抗体から被測定流体への熱伝達量から、被測定流体の流量を測定する装置の公知技術としては、特許文献１に記載された技術がある。この特許文献１に記載された流量検出器は、流体の流速を検出する第1発熱体の他に、これを囲繞し支持体部材に支持される第２発熱体と、第１発熱体と第２発熱体との温度差を一定又は０とする定温度差制御回路とを備えている。

特許文献１に記載された技術は、第１発熱抵抗体に接続された電極リード線から支持体側に流出する熱量を第２発熱抵抗体により抑制して、温度ドリフトの発生の抑えるという技術である。

特公平５−１６５３０号公報

ところで、熱式ガス流量装置が、排気雰囲気中で使用される場合においては、排気中に含まれる煤を主体とする不揮発成分が流量装置の発熱抵抗体を支持する支持体に堆積する。発熱抵抗体の支持体は、発熱抵抗体からの伝熱によってある温度レベルに保持されているため、この支持体と被測定ガスとの間の熱伝達が不揮発成分の堆積前に比べて変化することにより出力に悪影響を及ぼす。

このため、支持体への煤堆積を回避するための方策として、被測定ガスの衝突を避けるべく、障害物を支持体の上流側に配設する方法や、あるいは撥水性または撥油性の付着防止コーティングを施すなどの方法が発案されている。

しかしながら、上記種々の方策においては、障害物やコーティング剤の寿命等の２次的な問題が発生し、それをクリアする必要がある。

これに対して、上述した特許文献１に記載された技術は、非常に有効な方策と考られる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術にあっては、温度ドリフトを抑えるといった趣旨から第1発熱体と第２発熱体の温度差を一定に保つことが要点であり、発熱体そのものの絶対温度のドリフトについては考慮されていない。

つまり、汚損、特に排気環境中の煤による汚損を回避するには、第1発熱体と第２発熱体の温度差を一定に保つことのみでは達成できず、発熱体の絶対温度が非常に重要なファクターであり、通常の吸気計量に要する温度に比べて発熱抵抗体を高温に保つことが必要となる。

本発明の目的は、使用環境に関係なく発熱抵抗体の支持体への汚損によって生じる出力特性への影響を抑制することができる熱式ガス流量測定装置を実現することである。

本発明による熱式ガス流量測定装置は、被測定ガス中に配置される発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の上流部あるいは下流部に配置された測温抵抗体とを有し、被測定ガスの流量を測定するものであり、上記発熱抵抗体とこの発熱抵抗体を支持する支持体との間に配置され、上記発熱体から支持体への伝熱を抑制する手段を備える。

また、上記熱式ガス流量測定装置において、伝熱抑制手段は、上記発熱抵抗体を第１の発熱抵抗体としたとき、この第１の発熱抵抗体と、これを支持する支持体との間に上記第１の発熱抵抗体とは電気的に絶縁された第２の発熱抵抗体である。

使用環境に関係なく発熱抵抗体の支持体への汚損によって生じる出力特性への影響を抑制することができる熱式ガス流量測定装置を実現することができる。

また、第２の発熱抵抗体により、第１の発熱抵抗体を支持する支持部への汚損により発生する出力の劣化をなくすることが可能となり、初期の計量精度を長時間確保することができる。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の原理図、図２は本発明の一実施形態である熱式ガス流量測定装置における検出温度の出力回路図、図３は本発明の一実施形態における制御回路図、図４は第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体の接続部分における温度変動要因の説明図、図５は本発明の効果を示すグラフである。

また、図６本発明とは異なり、本発明との比較例の原理図、図７は図６の例における発熱抵抗体と支持体との温度分布を示す図である。

まず、本発明の原理を説明するに先立って、本発明の比較例について説明する。
被測定ガスの質量流量を計量する手段の一つとして熱式が挙げられる。この方式は２つの発熱抵抗体を利用したものであり、図６において、一つは被測定ガス温度を検出する測温抵抗体２４であり、もう一方はそれに対して高い温度（実用温度：２００〜３００℃程度）に設定される検出用発熱抵抗体２１である。

この測温抵抗体２４と検出用発熱抵抗体２１との両者間の温度差は、常時一定となるように制御回路３８により制御される。現在、自動車用の吸気流量計の大半はこの方式の熱式流量計が用いられている。

一方、吸気あるいは排気のどちらの環境に用いられる流量計においても、汚損による出力特性の劣化については重大な課題である。流量を検出するセンサの構成は一般的に応答性を確保のため、発熱体からそれを支持する支持体への伝熱を抑制する構造を成している。

図７は熱式流量計の検出部の構造を例にとり、発熱抵抗体の加熱時における温度分布を示す。図７において、発熱抵抗体支持体２を含めたセンサの構造に起因して、発熱体２１から発熱体支持体２への伝熱は抑制されているため、支持体２の温度は、急激な低下が生じており、このことが汚損を招く要因となっている。

出力劣化の度合いは、使用開始からの経過時間や使用運転条件などの状態により定まらないが、最終的な誤差レベルは初期値に対して５％以上と大きな誤差を招く。

次に、図８を用いて排気環境中を想定した発熱体加熱時における汚損発生の原因について説明する。

特に、排気環境においては、内燃機関から排出された煤（Dry Soot）や灰分（Ash）など微粒子状物質（PM）に含まれる不揮発成分が汚損の対象となる。煤は燃焼室内に吸入された空気と燃焼室内に噴射された燃料の混合、すなわち酸化不足により発生する。したがって、燃焼方式の違いによってPMの排出量は大きく異なることになる。

特に、ディーゼル内燃機関においては、燃料噴射直後に自己着火するため、原理的に燃料と酸素の混合時間が短くPMが発生し易い。図８に示したとおり、流量を計量するセンシング部は、大きくは、発熱抵抗体２１とそれを支持する支持体２から構成される。

実用時は、制御回路３８により発熱抵抗体２１は高温に加熱されており、加熱温度を３５０℃以上に設定することで発熱抵抗体２１への汚損は大幅に低減できる。すなわち、汚損の大小は汚損物質が衝突する物体の温度と相関が強い。この結果から、実環境においては、以下のような現象が繰り返されていると考えられる。

図８の（ａ）〜（c）に示したように、所定温度の高温に加熱された発熱抵抗体２１に排気中に含まれているPM３−１が付着すると（図８の（ａ））、PM３−１中に含まれている粘着力を持つSOF（可溶性有機成分）、HC（炭化水素）などの揮発成分が発熱抵抗体２１の熱によって膜沸騰により蒸発消滅する（図８の（ｂ））。これにより、付着物の粘着力が低下し、発熱抵抗体１上に残った煤を代表とする不揮発成分は、次のPMが到達する前に排気の流れにより表面から脱離し下流へ流される（図８の（ｃ））。次のPM３−２も同様に、発熱抵抗体２１への付着し、蒸発して脱離する。実環境においては、上記サイクルが繰り返されている。

図９は発熱抵抗体２１の加熱温度とエンジンオイルの蒸発速度との関係を示すグラフである。この図９に示すように、発熱体２１の加熱温度が高いほど、エンジンオイルの蒸発速度は速くなる。このことからも容易に推定できるが、温度の低い支持体２は、図８の（ａ）〜（ｃ）に示すように、PM付着後における揮発成分は緩慢な蒸発、すなわち脱離に繋がる粘着力低下に達するまでの時間が遅延し、次のPMが重なり付着することで堆積が進行する。

次に、吸気環境を想定した場合について説明する。
まず、材料表面の水滴が加熱されて消滅する現象について説明する。現象としては、以下の４つの状態が存在する。

（１）対流：沸騰開始温度以下では対流で加熱されて蒸発する。
（２）核沸騰：伝熱面場のくぼみ、突起などで沸騰する。その他の部分では対流。
（３）遷移沸騰：核沸騰から膜沸騰への遷移領域。
（４）膜沸騰：伝熱面全面が蒸気で覆われる。
核沸騰（遷移沸騰）の温度条件では、伝熱面は部分的に沸騰している箇所と、沸騰していない箇所が存在する。沸騰していない箇所では、水滴と伝熱面が接触している。膜沸騰の温度条件では、伝熱面は全面が蒸気で覆われているため、熱伝達は核沸騰に比べて小さい。すなわち、蒸気膜内の熱伝導による膜を隔てた静かな安定な沸騰形態である。

本発明を吸気環境で使用することを想定すると、例えば、内燃機関におけるエアークリーナを通過した塩などを含んだ水滴は、発熱抵抗体２１に接触する。発熱抵抗体２１に接触した液体は、発熱抵抗体２１表面から加熱の程度により、上述のように対流、核沸騰、遷移沸騰、膜沸騰状態で消滅する。

このように、発熱抵抗体２１の温度が膜沸騰で蒸発消滅する温度又はそれ以上の温度である場合、発熱抵抗体２１の表面が撥水性又は撥油性である場合と同等以上に、水は発熱抵抗体２１に水膜として付着しない。また、水滴が発熱抵抗体２１の凹部に停留しても、発熱抵抗体２１の表面と水滴との間は完全に蒸気で隔てられているため、水滴中の塩は発熱抵抗体２１の表面に堆積固着することなく塊状に析出する。

この塊状の塩は、発熱抵抗体２１の表面から浮いた状態で析出しているため、吸入空気の流れがあれば吹き飛ばされる。膜沸騰現象による撥水性または撥油性の効果は、表面温度のみに依存するため、長期使用後も同様の効果が得られる。

図１０は、高温面上に、３％ＮａＣｌの水滴１０μｌ滴下したときの水滴が消滅するまでの寿命と表面温度との関係を示すグラフである。図１０に示すように、液滴は、表面温度が高くなるに従い対流、核沸騰、遷移沸騰で蒸発消滅し、３００℃以上で膜沸騰により蒸発消滅する。

このように、汚損の現象は、吸気、排気共に同様の理屈により、その度合いが左右される。また、汚損回避対象となる物体の設定温度は、排気環境に比べて対象が水である吸気環境の方が低温にて対応可能である。

次に、本発明について、説明する。
図１は、本発明の実施形態である熱式流量計の概略原理構成図である。
この図１に示した本発明と、図６に示した例との相違点は、検出用発熱抵抗体（第１の発熱抵抗体）２１とそれを支持する支持体２の間に第２の発熱抵抗体２２を新設したことである。第２発熱抵抗体２２の役割は、流量検出用の発熱抵抗体２１から支持体２への伝熱量Δqを常時一定に保つことである。

図２は、本発明の実施形態における第１の発熱抵抗体２１と、測温抵抗体２４とを有するブリッジ回路から検出温度を出力する出力回路図である。図２において、発熱抵抗体２１は、流量検出抵抗２３と直列に接続され、測温抵抗体２２４は、固定抵抗２５、２６と直列に接続される。発熱抵抗体２１及び流量検出抵抗２３と、測温抵抗体２４及び固定抵抗２５、２６とは、互いに並列に接続され、ホイートストンブリッジ回路を形成している。

そして、発熱抵抗体２１と流量検出抵抗２３との接続点は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子に接続される。また、固定抵抗２５と２６との接続点はオペアンプＯＰ１の反転入力端子に接続される。

オペアンプＯＰ１の出力端子は、トランジスタＴＲ１のベースに接続され、このトランジスタＴＲ１のエミッタは、発熱抵抗体２１と測温抵抗体２４との接続点に接続される。トランジスタＴＲ１のエミッタは電源ＶＢに接続されている。

また、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続される。補償回路３２は、抵抗３４、３７を介して接地され、抵抗３４と３７との接続点が抵抗３６を介してオペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続される。オペアンプＯＰ３の反転入力端子は抵抗３５を介してオペアンプＯＰ３の出力端子に接続され、このオペアンプＯＰ３の出力信号が流量検出信号Ｖoutとなる。

ここで、熱式流量計の出力の原理について説明する。

発熱抵抗体２１の全発熱量Phは以下の式（１）で表される。

Ph＝Ih^２・Ｒｈ＝（A＋B√（Q））ΔＴｈ −−−（１）
ただし、上記式（１）において、ΔＴｈは発熱抵抗体２１の温度とガス温度との差、Ａ、Ｂは、熱的定数、Ｑは発熱抵抗体２１に流れるガスの質量流量、Ｉｈは発熱抵抗体２１の加熱電流、Rhは発熱抵抗体２１の抵抗値である。

上記式（１）において、熱的定数であるＡは発熱抵抗体２１から支持体２へ漏れた熱伝導分（熱漏れ）である。また、Ｂは被測定ガスによる熱伝達分である。さらに、図２に示した流量に変換される電圧Vｓ（発熱抵抗体２１と流量検出抵抗２３との接続点における電圧）は、上記式（１）から次式（２）のように示すことができる。

Vs=R1・Ih=R1・√（1/Rh（A＋B√（Q））ΔTh） −−−（２）
ただし、R1は流量検出抵抗２３の抵抗値っである。上記式（２）から分かるように、汚損によって変化し得る定数は、先に示した熱的定数のAとBである。

被測定ガスの質量流量Qを除いたその他の定数は変化があってはならない定数である。

したがって、汚損による出力への悪影響をなくするためには、熱的定数であるAとBの変化を抑えることで抑制することができる。発熱抵抗体２１から支持体２へ漏れた熱伝導分A、すなわち、伝熱量Δｑを一定に保つには、次式（３）のフーリエの法則から、発熱抵抗体２１と支持体２との間の温度差を保つことが重要であることが分かる。

Δq=λ・C・（ΔT/Δｘ）・Δｔ −−−（３）
ただし、上記（３）式において、λは熱伝達率、Cは熱の流れに垂直な断面積、ΔTは移動距離間の温度差、Δｘは熱の移動距離、Δｔは伝熱が行なわれる時間である。

ここで、第２の発熱抵抗体２２を検出用の発熱抵抗体２１と支持体２との間に設けることで、２つの発熱抵抗体２１、２２間の伝熱量を一定に保持し、支持体２上の状態変化、すなわち汚損による影響を抑制することが可能になる。

次に、本発明の実施形態における制御回路３１について図３を参照して説明する。
図３において、基本流量検出回路１０１は、図２に示した回路と同等であるので、説明は省略する。
サブヒータ温度制御回路１０２は、第２発熱抵抗体２２（抵抗値Ｒｈ２）と、これに直列に接続された固定抵抗２７（抵抗値Ｒ６）と、温度補償抵抗２８（抵抗値Ｒｃ２）と、これに直列に接続された固定抵抗２９（抵抗値Ｒ４）及び固定抵抗３０（抵抗値Ｒ５）とを有し、第２の発熱手抵抗体及び固定抵抗２７と、温度補償抵抗２８及び固定抵抗２９、３０とが並列に接続されたホイートストンブリッジ回路を備える。また、サブヒータ温度制御回路１０２は、ホイートストンブリッジ回路を構成する２つの直列回路の中間点ｃ、ｄの電位を入力とする演算増幅器（オペアンプ）ＯＰ２と、演算増幅器ＯＰ２の出力に応じて、上記ホイートストンブリッジ回路に供給する電流量を制御するパワートランジスタＴＲ２を備えている。

流量検出回路１００は、その基本流量検出回路１０１のホイートストンブリッジ回路に、パワートランジスタＴＲ１を介して電源ＶＢからの電流（電圧Ｖ１）を供給するようになっている。基本流量検出回路１０１のホイートストンブリッジ回路は、電源ＶＢからの電流供給により、そのブリッジ中間点ａ、ｂでそれぞれ電圧Ｖ２、Ｖ３となるが、演算増幅器ＯＰ１とパワートランジスタＴＲ１との作用によって、ブリッジ中間点ａ、ｂでの電圧Ｖ２、Ｖ３が等しくなるように第１の発熱抵抗体２１に流れる電流を調整している。

第１の発熱抵抗体２１は、温度上昇によりその抵抗値Ｒｈ１を増加させるものであり、この抵抗値Ｒｈ１は、第１の発熱抵抗体２１の温度Ｔｈ１に比例する。そして、温度Ｔｈ１は、測定する流体の温度Ｔｇより所定の温度ΔＴｈ１だけ高くなるように、温度Ｔｈ１＝Ｔｇ＋ΔＴｈ１に設定されている。

ここで、ΔＴｈ１は、第１の発熱抵抗体２１の温度Ｔｈ１が被測定流体中のダストに含まれる揮発成分の沸騰温度よりも高くなるように設定される。すなわち、第１発熱抵抗体２１の抵抗値Ｒｈ１は、次式（４）で表わされる。

R_h1=R_h10（１＋α_１T_h1） −−−（４）
ただし、上記式（４）において、Ｒ_h10は、温度０℃における第１の発熱抵抗体２１の抵抗値、α_１は温度係数である。

次に、上記の如く構成された本発明の実施形態における熱式流量装置の流量検出回路１００の機能について説明する。

基本流量検出回路（熱線駆動回路）１０１の第１の発熱抵抗体２１を通過する流体の流量が増えると、第１の発熱抵抗体２１から熱が奪われ、第１の発熱抵抗体２１の温度Ｔｈ1は低下し、ブリッジ回路の中間点ａにおける電圧Ｖ２の値が上昇する。すると、演算増幅器ＯＰ１の出力が上がり、パワートランジスタＴＲ１が第１の発熱抵抗体２１に供給する電流Ｉｈ１を増加させ、第１の発熱抵抗体２１の温度Ｔｈ1が所定の値に戻るように作用する。

ブリッジ回路の中間点ａの電圧Ｖ２と被測定流体の質量流量Ｑとの間には上述した式（２）の関係があるので、式（２）により流量Ｑが求められる。

次に、サブヒータ温度制御回路１０２の動作について説明する。
サブヒータ温度制御回路１０２のホイートストンブリッジ回路に、パワートランジスタＴＲ２を介して電源ＶＢからの電流（電圧Ｖ４）を供給するようになっている。

サブヒータ温度制御回路１０２のホイートストンブリッジ回路は、電源ＶＢからトランジスタＴＲ２を介して電流が供給されることにより、そのブリッジ回路の中間点ｃ、ｄでそれぞれ電圧Ｖ５、Ｖ６となる。演算増幅器ＯＰ２とパワートランジスタＴＲ２との作用によって、ブリッジ回路の中間点ｃ、ｄでの電圧Ｖ５、Ｖ６が等しくなるように発熱抵抗体２２に流れる電流を調整している。

第２発熱抵抗体２２は、温度上昇によりその抵抗値Ｒｈ２を増加させるものであり、この抵抗値Ｒｈ２は、第２の発熱抵抗体２２の温度Ｔｈ２に比例しており、温度Ｔｈ２は、測定する流体の温度Ｔｇより所定の温度ΔＴｈ２だけ高くなるように、温度Ｔｈ２＝Ｔｇ＋ΔＴｈ２に設定されている。

ここで、ΔＴｈ２は、基本流量検出回路１０１の第１の発熱抵抗体２１の温度設定値ΔＴｈ１に比べて大きく設定されている。例えば、ΔＴｈ１＝１００℃に対し、ΔＴｈ２＝１５０℃である。すなわち、本回路構成においては、第２の発熱抵抗体２２の温度Ｔｈ２は、第１の発熱抵抗体２１の温度Ｔｈ１に対して常に高い温度に設定される。

本発明の実施形態において、重要になるのは、検出用の第１の発熱抵抗体２１と第２の発熱抵抗体２２との間の領域への汚損を回避できる状態を形成することである。この領域への汚損が発生すると、被測定ガスによる熱伝達分Bが変化するためである。

図４に示すように、第１の発熱抵抗体２１と第２の発熱抵抗体２２と領域（図４では接続部と表示）の温度は、上記（３）式から、上記領域の材質、距離、あるいは断面積によって変動する。しかしながら、２つの発熱抵抗体２１、２２の温度を汚損回避に必要な温度以上に設定すると共に、２つの発熱抵抗体２１、２２の互いの距離を近づけることで上記領域の温度も汚損回避に必要な温度以上に保持（図４中の破線から実線）することが可能であり、被測定ガスによる熱伝達も初期状態を保持することができる。

ここで、汚損回避温度とは、先に説明したように、例えば吸気環境においては３００℃以上、排気環境においては３５０℃以上である。また、発熱抵抗体２１、２２の温度については、温度の大小の関係は上記要件を満足していればどちらであっても特に問題はない。互いに同一温度の場合も同様に問題はない。

ここで、第２の発熱抵抗体２２の温度範囲が、第１の発熱抵抗体２１の表面に接触した水滴が膜沸騰で蒸発消滅する温度以上となるように制御することもできる。

また、第１の発熱抵抗体２１と第２の発熱抵抗体２２との間の領域の温度範囲が、この領域の表面に接触した水滴が膜沸騰で蒸発消滅する温度以上となるように第１の発熱抵抗体２１の温度と第２の発熱抵抗体２２の温度を設定することも可能である。

また、第１の発熱抵抗体２１と、測温抵抗体２４と、第２の発熱抵抗体２２との相互間の伝熱量が、被測定ガスの温度変化に関わらず一定となるように、第１の発熱抵抗体２１と、第２の発熱抵抗体２２の温度を制御することも可能である。

さらに、被測定ガスの温度変化に関わらず、第１の発熱抵抗体２１と、測温抵抗体２４との相互間の伝熱量が一定となり、かつ、第２の発熱抵抗体２２の温度が一定となるようにを制御することもできる。

次に、本発明の効果に関する実験結果について、図５を用いて説明する。
図５に示すグラフは、横軸に被測定ガスの質量流量を示し、縦軸に出力誤差を示す。図５中□で表記した従来技術の構造においては、軽度の汚損によって出力誤差幅で約７％の誤差が生じることが分かる。さらに汚損の度合いを増すと、図中黒塗りの四角（汚損重度）のとおり、一段と大きな誤差を招く。

一方で、第２の発熱抵抗体２２を有する本発明の構成においては、汚損状態が従来の汚損軽度とほぼ同等の状態において出力誤差２％以下と、従来技術に比べて出力誤差を大幅に低減できることが分かる。本試験結果には、測定系によって発生する誤差も含まれていることを考慮すると、本発明は初期特性を再現していると言える。図５に示した試験結果から、本発明の効果については実証できたと考える。

次に、本発明を実現するセンサの具体的な構成例を示す。
図１１と図１２は、本発明によるセンサの具体的構成例を示す図である。

図１１は、第１のセンサ構成を示し、図１1の（ａ）が外観図、図１１の（ｂ）が概略断面図である。

図１１において、検出用発熱抵抗体（第１の発熱抵抗体）２１において、基体であるアルミナパイプ５とそれを支持する支持体６（２）とが、耐熱性の高い材料、例えば耐熱ガラス等により接合されている。アルミナパイプ５の中空部分の両端に２つの支持体６の端部が挿入され、アルミナパイプ５の中空部分における２つの支持体６の端部が互いに対向する部分には例えば、耐熱ガラスが充満されている。

アルミナパイプ５上には第１の発熱抵抗体となるPt線（巻線）７が螺旋上に形成されており、その上に絶縁保護用のガラス膜８が形成されている。そして、Pｔ線７の端部１３は支持体６に接続されている。

さらに、アルミナパイプ５の両端には、第２の発熱抵抗体２２用の基体となるアルミナパイプ９をガラス膜８を介して配置し、その上に第２の巻線１０、さらにその上からガラス膜８が形成されている。また、第２の巻線１０の端部１１はアルミナパイプ９のさらに両端に配置した第２の巻線１０の支持部１２に溶接にて固定されている。特に、巻線７に関しては、第２の巻線１０と重複する領域については、巻線間隔を広げて巻いている。

次に、図１２に示した第２のセンサ構成を説明する。図１２の（ａ）が外観図、図１２の（ｂ）が概略断面図である。第２のセンサ構成においては、図１１に示したアルミナパイプ５と９とを一体化した構成である。

具体的には、アルミナパイプ５と９とを一体化したアルミナパイプ１４の中心軸上に形成された貫通孔１５は、第２巻線１０の支持体１２の挿入孔として利用し、検出用巻線７の支持体６はその脇に形成された貫通孔１６に挿入した構成としている。

この場合、両端に形成された第２巻線１０は、間に位置する検出用巻線７と接触しないことを前提として、検出用巻線７を飛び越した形で、互いに接続されて巻線を形成する。また、センサ全体がガラス膜８で覆われている。

汚損の進行による発生する問題は上述したような出力誤差要因の他に、以下に説明するようなものがある。
従来技術においては、熱式ガス流量装置の使用開始から一定時間経過すると、図１３の（a）に示したように、温度の低い支持体に煤１７が堆積を始める。さらに時間が経過し汚損が進行すると、特に排気に含まれるPM揮発成分は非常に粘着力が強いため、やがて、図１３の（ｂ）に示すように、検出領域の両端を覆うように堆積する場合がある。

このような状況になると、煤の堆積により乱流が発生し、検出領域、すなわち発熱抵抗体２１上を流れる被測定ガスの流れが、使用開始直後の状態とは異なる状態に変化する。したがって、被測定ガスと支持体間で起こり得る放熱の関係も、使用開始直後の状態とは異なる状態に変化するため、出力誤差となって現れる。

これに対して、図１４に示すように、第１の発熱抵抗体２１と支持体との間に断熱手段である第２の発熱抵抗体２２を配置した本発明のセンサ構造であれば、第２の発熱抵抗体２２が存在することで、汚損によって生じる検出領域におけるガス流れの乱れは緩和される。

この場合は、第２の発熱抵抗体２２へのガス流れの変化は避けられないが、第１の発熱抵抗体２１と第２の発熱抵抗体２２とは電気的に絶縁されているため、出力へは全く影響を及ぼさない。

本発明の原理図である。 本発明の一実施形態における検出温度の出力回路図である。 本発明の一実施形態における制御回路図である。 第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体の接続部分における温度変動要因の説明図である。 本発明の効果を示すグラフである。 本発明とは異なる、比較例の原理図である。 図６の例における発熱抵抗体と支持体との温度分布を示す図である。 発熱体加熱時における汚損発生の原因説明図である。 発熱抵抗体の加熱温度とエンジンオイルの蒸発速度との関係を示すグラフである。 高温面上に滴下された水滴が消滅するまでの寿命と表面温度との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態におけるセンサ構造の一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるセンサ構造の他の例を示す図である。 汚損進行時に起こり得る出力誤差要因の説明図である。 本発明における汚損進行時の出力誤差要因抑制効果の説明図である。

符号の説明

２ 支持体
３ 汚損物質
４ 被測定ガスの流れ
５、９、１４ アルミナパイプ
６ 検出用発熱抵抗体の支持体
７ 流量検出用巻線（第１の発熱抵抗体）
８ 絶縁ガラス
１０ 第２の巻線（第２発熱抵抗体）
１１ 第２発熱抵抗体端部
１２ 第２発熱体の支持体
１３ 検出用発熱抵抗体端部
１５ 第２発熱体の支持体用挿入孔
１６ 検出用発熱抵抗体の支持体用挿入孔
１７ 煤
２１ 検出用発熱抵抗体（第１の発熱抵抗体）
２２ 第２の発熱抵抗体
２３ 流量検出用抵抗
２４、２８ 温度補償抵抗
２５、２６ 固定抵抗
２７、２９、３０ 固定抵抗
３１ 制御回路
３２ 補償回路
３４〜３７ 抵抗
１００ 流量検出回路
１０１ 基本流量検出回路
１０２ サブヒータ温度制御回路
OP１、OP２ 演算増幅器
TR１、TR２ トランジスタ

Claims (10)

1. 被測定ガス中に配置される発熱抵抗体と、この発熱抵抗体の上流部あるいは下流部に配置された測温抵抗体とを有し、被測定ガスの流量を測定する熱式ガス流量測定装置において、
   上記発熱抵抗体とこの発熱抵抗体を支持する支持体との間に配置され、上記発熱体から支持体への伝熱を抑制する手段を備えることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
2. 請求項１記載の熱式ガス流量測定装置において、上記伝熱抑制手段は、上記発熱抵抗体を第１の発熱抵抗体としたとき、この第１の発熱抵抗体と、これを支持する支持体との間に上記第１の発熱抵抗体とは電気的に絶縁された第２の発熱抵抗体であることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
3. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第２の発熱抵抗体の温度範囲が、第１の発熱抵抗体の表面に接触した水滴が膜沸騰で蒸発消滅する温度以上となるように設定されていることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
4. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体と第２の発熱抵抗体との間の領域の温度範囲が、上記領域の表面に接触した水滴が膜沸騰で蒸発消滅する温度以上となるように第１の発熱抵抗体の温度と第２の発熱抵抗体の温度が設定されていることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
5. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体と、上記測温抵抗体と、上記第２の発熱抵抗体相互間の伝熱量が、被測定ガスの温度変化に関わらず一定となるように、上記第１の発熱抵抗体と、上記第２の発熱抵抗体の温度を制御することを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
6. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、被測定ガスの温度変化に関わらず、上記第１の発熱抵抗体と、上記測温抵抗体との相互間の伝熱量が一定となり、かつ、上記第２の発熱抵抗体の温度が一定となるようにを制御することを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
7. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体は、第１の測定温抵抗体と互いに並列に接続されて第１のブリッジ回路を形成し、上記第２の発熱抵抗体は、第２の測定温抵抗体と互いに並列に接続されて第２のブリッジ回路を形成し、上記第１の発熱抵抗体を第１の一定温度となるように制御すると共に、上記第２の発熱抵抗体を第２の一定温度となるように制御する制御手段を備えることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
8. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体は第１の円筒状部材の中央表面部に配置され、上記第２の発熱抵抗体は上記第１の円筒状部材の両端表面部に配置された第２の円筒状部材の表面上に配置され、上記第１の発熱抵抗体の支持体は、上記円筒状部材の中空部の両端付近に接続されていることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
9. 請求項２記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体は円筒状部材の中央表面部に配置され、上記第２の発熱抵抗体は上記円筒状部材の両端表面部に配置され、上記第１の発熱抵抗体の支持体は、上記円筒状部材の両端付近に接続されていることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。
10. 請求項８又は９のうちのいずれか一項記載の熱式ガス流量測定装置において、上記第１の発熱抵抗体及び上記第２の発熱抵抗体は、ガラス膜により絶縁保護されていることを特徴とする熱式ガス流量測定装置。

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