JP3273892B2 - 流速検出装置 - Google Patents
流速検出装置Info
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Description
と、そのヒータエレメント上を移動する流体により引き
起こされる熱移動により抵抗値を変化させる測温抵抗エ
レメントとで構成される流速センサを使って流体の流速
を検出する流速検出装置に関し、特に、流速の測定中に
流速センサが故障しているのか否かを常時検出できるよ
うにする流速検出装置に関する。
は、燃焼制御系等に使用される場合、非常に高い信頼性
が要求されることになる。これから、流速の測定中に流
速センサが故障しているのか否かを常時検出できるよう
にする構成の構築が叫ばれている。
で、高精度かつ高速応答を実現する半導体ダイアフラム
構成の流速センサを開示した。
リコン基板100の背面側中央部に異方性エッチングを
使って表面側に連通しない開口101を形成すること
で、シリコン基板100に薄肉状のダイアフラム102
を形成し、このダイアフラム102の表面中央に薄膜の
ヒータエレメント103を配設するとともに、そのヒー
タエレメント103の両側に薄膜の測温抵抗エレメント
104,105を配設し、更に、シリコン基板100の基
板部分に周囲温度を測定する周囲温度測温抵抗エレメン
ト106を配設する構成を採るものである。
を貫通するスリットであって、ヒータエレメント103
及び測温抵抗エレメント104,105を熱的に絶縁すべ
く設けられている。また、ダイアフラム102の材質は
窒化シリコンである。
熱されるヒータエレメント103の上を移動する流体に
より引き起こされる熱移動を測温抵抗エレメント10
4,105を使って検出することで、その流体の流速を検
出するものであり、熱絶縁された非常に薄いダイアフラ
ム102の上に形成されていることから、極めて速い応
答速度で、かつ高精度に流体の流速を検出できるととも
に、極めて低消費電力で動作するという特徴がある。
駆動する場合には、図10に示すように、ヒータエレメ
ント103と周囲温度測温抵抗エレメント106と固定
抵抗R1,R2とでホイストンブリッジ回路を構成して、
ヒータエレメント103の発熱値が周囲温度測温抵抗エ
レメント106で決められる規定値よりも高くなるとき
には、ヒータエレメント103への電流供給量を小さく
するとともに、低くなるときには、その電流供給量を大
きくすることで、周囲温度に対して一定の温度上昇を示
すようにとヒータエレメント103を加熱する。
レメント104,105と固定抵抗R3,R4とでホイスト
ンブリッジ回路を構成して、これに直流電圧を印加する
ことで、温度上昇に伴う測温抵抗エレメント104,10
5の抵抗変化をホイストンブリッジ回路の電圧バランス
のくずれとして取り出す構成を採って、それを差動アン
プで増幅することで流体の流速を検出する構成を採るこ
とになる。
うな回路構成に従って流速センサを駆動する構成を採っ
ていると、ヒータエレメント103や周囲温度測温抵抗
エレメント106が故障(断線や短絡)しても、それを
検出できないという問題点があった。そして、測温抵抗
エレメント104,105が故障(断線や短絡)しても、
それを検出できないという問題点があった。
願人の開示した流速センサは、高い信頼性の要求される
所には使用できないという問題点があった。本発明はか
かる事情に鑑みてなされたものであって、発熱するヒー
タエレメントと、そのヒータエレメント上を移動する流
体により引き起こされる熱移動により抵抗値を変化させ
る測温抵抗エレメントとで構成される流速センサを使っ
て流体の流速を検出する構成を採るときにあって、流速
の測定中に流速センサが故障しているのか否かを常時検
出できるようにする新たな流速検出装置の提供を目的と
する。
される流速検出装置の原理構成を図示する。図中、1は
本発明の流速検出装置を構成する流速センサ、2は本発
明の流速検出装置を構成するセンサ制御装置である。
を検出するものであるが、用途に応じては流体の流量検
出に用いられる。すなわち、この流速検出装置の設置さ
れる流路は、流体によって腐食や磨耗が発生しないよう
に十分に耐久性のある材質で形成されているので、その
断面積が実質的に不変であると考えてよい。これから、
流速を測定することで、断面積と流速との積で表される
流量も一義的に求まるので、流量検出の要求される適用
箇所に対しては、流体の流量検出用に用いられることに
なる。
持つブリッジ回路で構成されて、ヒータエレメントを加
熱するヒータ発熱回路10と、そのヒータエレメント上
を移動する流体により引き起こされる熱移動により抵抗
値を変化させる1つ又は複数の測温抵抗エレメントを持
つブリッジ回路で構成されて、測温抵抗エレメントの抵
抗値に応じた測定信号を発生するセンサ検出回路11と
を備える。
を駆動するとともに、流速センサ1の検出値から流速セ
ンサ1の上を流れる流体の流速を検出するものであっ
て、ヒータ発熱回路10に規定の周期を持つ駆動信号を
印加したり、センサ検出回路11に規定の周期を持つ駆
動信号を印加する印加手段20と、センサ検出回路11
の発生する測定信号が規定の周期を持つのか否かを検出
して、規定の周期を持たないときに異常を出力する検出
手段21と、センサ検出回路11の発生する測定信号か
ら流速測定に用いる信号値を入手する入手手段22と、
入手手段22の入手する信号値から流体の流速を算出す
る算出手段23とを備える。
0がヒータ発熱回路10に対して規定の周期を持つ駆動
信号を印加するときには、センサ検出回路11には直流
レベルの駆動信号が印加され、印加手段20がセンサ検
出回路11に対して規定の周期を持つ駆動信号を印加す
るときには、ヒータ発熱回路10には直流レベルの駆動
信号が印加される。
先エレメントに印加される直流電源をスイッチングする
スイッチング手段と、CPUの発生するクロック信号を
使ってそのスイッチング手段をスイッチング動作させる
ドライバ手段とで構成されることがある。
置では、印加手段20がヒータ発熱回路10に対して規
定の周期を持つ駆動信号を印加するときには、ヒータエ
レメントは、その駆動信号に応答して周期的に発熱状態
を変え、これを受けて、センサ検出回路11は、印加手
段20の印加する駆動信号と同一周期を持つ測定信号を
発生する。
手段21は、その測定信号が印加手段20の印加する駆
動信号と同一の周期を持つのか否かを検出することで、
流速センサ1が正常であるのか否かを検出する。そし
て、入手手段22は、その測定信号の持つ周期を考慮し
つつ、その測定信号から流速測定に用いる信号値を入手
し、これを受けて、算出手段23は、流速センサ1の上
を流れる流体の流速を算出する。
に対して規定の周期を持つ駆動信号を印加するときに
は、センサ検出回路11は、その駆動信号に応答して周
期的に測定状態を変えることで駆動信号と同一周期を持
つ測定信号を発生する。
手段21は、その測定信号が印加手段20の印加する駆
動信号と同一の周期を持つのか否かを検出することで、
流速センサ1が正常であるのか否かを検出する。そし
て、入手手段22は、その測定信号の持つ周期を考慮し
つつ、その測定信号から流速測定に用いる信号値を入手
し、これを受けて、算出手段23は、流速センサ1の上
を流れる流体の流速を算出する。
ば、流速センサ1を使って流体の流速を測定していると
きに、その流速センサ1が故障しているのか否かを常時
検出できるようになる。
先エレメントに印加される直流電源をスイッチングする
スイッチング手段と、CPUの発生するクロック信号を
使ってそのスイッチング手段をスイッチング動作させる
ドライバ手段とで構成されるときには、CPUが故障す
るときにも、センサ検出回路11が規定の周期を持つ測
定信号を発生しなくなるので、検出手段21はそのCP
Uの故障を検出できることになる。
の形態に従って本発明を詳細に説明する。図2に、本発
明の流速検出装置の適用される燃焼制御系のシステム構
成の一例を図示する。
30と、バーナ30が燃焼しているのか否かを検出する
火炎検出センサ31と、バーナ30を着火するイグナイ
タ32と、バーナ30に供給するガスの流量を調整する
ガス用比例弁33と、バーナ30に供給する空気の流量
を調整する空気用比例弁34と、ガス用比例弁33に供
給するガスの圧力を調整するメイン圧力調整弁35と、
バーナ30のパイロットバーナに供給する着火用ガスの
圧力を調整するパイロット圧力調整弁36と、ガス用比
例弁33に供給するガスを遮断するデュアル構成のメイ
ン遮断弁37と、バーナ30に供給する着火用ガスを遮
断するデュアル構成のパイロット遮断弁38と、バーナ
30に供給するガスの流速を検出する本出願人が特願平
3-106528 号公報で開示した半導体ダイアフラム構成の
ガス用流速センサ39と、バーナ30に供給する空気の
流速を検出する本出願人が特願平3-106528 号公報で開
示した半導体ダイアフラム構成の空気用流速センサ40
と、燃焼制御系の制御処理を司る燃焼制御装置41と、
制御対象の温度値とそれに対する設定温度値とから燃焼
制御装置41に対して熱要求を発行する温度調節器42
とで構成されている。
41は、ガス用流速センサ39の検出するガス流速から
求まるガス流量を使って、ガス用比例弁33を空気用比
例弁34とは機械的・構造的に切り離して制御するとと
もに、空気用流速センサ40の検出する空気流速から求
まる空気流量を使って、空気用比例弁34をガス用比例
弁33とは機械的・構造的に切り離して制御すること
で、高精度の空燃比制御を実現する構成を採っている。
及び空気の流量を高速かつ高精度に測定できる必要があ
り、これから、ガス用流速センサ39及び空気用流速セ
ンサ40として、本出願人が特願平3-106528 号公報で
開示した上述の半導体ダイアフラム構成の流速センサを
用いることが不可欠なのである。
速センサ39及び空気用流速センサ40の制御構成の一
実施例を図示する。なお、以下では、説明の便宜上、ガ
ス用流速センサ39及び空気用流速センサ40を流体用
流速センサ50として示すことにする。
ンサ50は、ヒータブリッジ回路51aと、センサブリ
ッジ回路52aとを備える。そして、燃焼制御装置41
は、CPU410と、A/D変換器411と、燃焼制御
機構412の他に、流体用流速センサ50を制御するた
めに、CPU410の発生するクロック信号を流体用流
速センサ50に送出するバッファ413と、流体用流速
センサ50及びCPU410の異常を検出する故障検出
回路414と、CPU410と燃焼制御機構412との
間に設けられて、故障検出回路414が異常を検出する
ときに開動作するリレー接点415とを備える。
センサブリッジ回路52aから送られてくる測定信号が
ハイレベルを示すときにハイレベルを出力し、ローレベ
ルを示すときにローレベルを出力するコンパレータOP
1と、コンパレータOP1がハイレベルを出力するとき
にON動作し、ローレベルを出力するときにOFF動作
するトランジスタQ1と、トランジスタQ1がON動作
するときにOFF動作し、OFF動作するときにON動
作するトランジスタQ2と、トランジスタQ1がON動
作するときにON動作し、OFF動作するときにOFF
動作するトランジスタQ3と、リレー接点415を持つ
リレーK1と、トランジスタQ2がON動作するとき
に、ダイオードD1を介して充電するとともに、トラン
ジスタQ3がON動作するときに、ダイオードD2・リ
レーK1を介して放電するコンデンサC1と、トランジ
スタQ3がON動作するときに、ダイオードD2を介し
てコンデンサC1の電荷を充電するとともに、トランジ
スタQ3がOFF動作するときに、リレーK1を介して
放電するコンデンサC2とで構成される。
(a)に示すように、図10に示した従来のヒータブリ
ッジ回路60に加えて、このヒータブリッジ回路60に
対して直流電圧を供給するのか否かを制御するトランジ
スタQ4と、燃焼制御装置41のバッファ413から送
られてくる制御信号に従って、トランジスタQ4のON
/OFF動作を制御するドライバDR1とで構成され
る。ここで、図9に示したように、103はダイアフラ
ム102の上に形成されるヒータエレメント、106は
シリコン基板100の上に形成される周囲温度測温抵抗
エレメントである。
(b)に示すように、図11に示した従来のセンサブリ
ッジ回路61で構成される。ここで、図9に示したよう
に、104,105はダイアフラム102の上に形成され
る測温抵抗エレメントである。
燃焼制御装置41のCPU410は、クロック信号を分
周することで規定の周期信号を生成して、その周期信号
を、バッファ413を介して、流体用流速センサ50の
ヒータブリッジ回路51aの持つドライバDR1に送出
する。
ッジ回路51aは、トランジスタQ4を規定周期に従っ
てON/OFF動作させ、これにより、トランジスタQ
4がON動作している間は、周囲温度測温抵抗エレメン
ト106により検出される周囲温度から一定の温度上昇
を示すようにとヒータエレメント103を加熱し、トラ
ンジスタQ4がOFF動作している間は、この加熱動作
を停止する。
03は、窒化シリコンの薄膜で構成されるダイアフラム
102の上に形成されていることから、極めて短時間の
内に所望の温度に加熱することが可能であり、このよう
な周期的な加熱動作を実現できるのである。
態を受けて、測温抵抗エレメント104,105は、ヒー
タエレメント103が加熱されることで周囲温度から一
定の温度上昇を示すときには、流体の流れにより引き起
こされる熱移動に応じてその抵抗値を変化させ、これを
受けて、センサブリッジ回路52aは、ヒータエレメン
ト103が加熱されている間は、その抵抗値変化に応じ
た電圧を出力し、加熱されていない間は、この電圧出力
を停止する。
センサブリッジ回路52aは、CPU410の送出する
周期信号と同一の周期を持つ測定信号を出力することに
なる。
測定信号を受けて、CPU410は、図5に示すよう
に、ヒータブリッジ回路51aに送出した周期信号のエ
ッジ部分から規定時間経過した時点に、A/D変換器4
11の出力するその測定信号のディジタル値を読み込む
ことで、センサブリッジ回路52aの出力する正規の電
圧出力を入手し、それを使って、流体用流速センサ50
の上を流れる流体の流速を算出する。
力する測定信号を受けて、この測定信号がCPU410
の発行する周期信号と同一の周期を持つならば、燃焼制
御装置41の故障検出回路414では、その測定信号が
ハイレベルを示すときには、コンデンサC1の電荷が、
ダイオードD2・リレーK1・トランジスタQ3のルー
トで放電することで、リレーK1をON動作させるとと
もに、ダイオードD2・コンデンサC2・トランジスタ
Q3のルートで放電することで、コンデンサC2を充電
し、一方、ローレベルを示すときには、コンデンサC2
の電荷が、コンデンサC2・リレーK1のルートで放電
することで、リレーK1をON動作させるとともに、電
源が、トランジスタQ3・ダイオードD1・コンデンサ
C1のルートでコンデンサC1を充電していくことを繰
り返していくので、リレーK1は、常にON動作するこ
とになる。
エレメント103や測温抵抗エレメント104,105が
故障(断線や短絡)することで流体用流速センサ50が
故障したり、CPU410が故障したりすることで、セ
ンサブリッジ回路52aの出力する測定信号がCPU4
10の発行する周期信号と同一の周期を持たなくなると
きには、この繰り返し動作が途切れることでリレーK1
がOFF動作し、これによりリレー接点415が開動作
して、燃焼制御機構412は、規定のフェイルセーフ動
作に入ることになる。
流速センサ50を使って流体の流速を測定しているとき
に、その流体流速センサ50が故障しているのか否かと
いうことと、燃焼制御装置41のCPU410が故障し
ているのか否かということを常時検出できるようになる
のである。
速センサ50の制御構成の他の実施例を図示する。この
図7に示す実施例では、流体用流速センサ50は、ヒー
タブリッジ回路51bと、センサブリッジ回路52bと
を備える。
0と、A/D変換器411と、燃焼制御機構412の他
に、流体用流速センサ50を制御するために、CPU4
10の発生するクロック信号を流体用流速センサ50に
送出するバッファ413と、流体用流速センサ50及び
CPU410の異常を検出する故障検出回路416とを
備える。
センサブリッジ回路52bから送られてくる測定信号が
ハイレベルを示すときにハイレベルを出力し、ローレベ
ルを示すときにローレベルを出力するコンパレータOP
1と、コンパレータOP1がハイレベルを出力するとき
にON動作し、ローレベルを出力するときにOFF動作
するトランジスタQ1と、タイマで構成されて、トラン
ジスタQ1がON動作するときにタイマ値をクリアする
とともに、タイマ値が規定値を超えるときに、燃焼制御
機構412に対して異常状態を通知するウォッチドッグ
タイマ回路417とで構成される。
(a)に示すように、図10に示した従来のヒータブリ
ッジ回路60で構成される。ここで、図9に示したよう
に、103はダイアフラム102の上に形成されるヒー
タエレメント、106はシリコン基板100の上に形成
される周囲温度測温抵抗エレメントである。
(b)に示すように、図11に示した従来のセンサブリ
ッジ回路61に加えて、このセンサブリッジ回路61に
対して直流電圧を供給するのか否かを制御するトランジ
スタQ2と、燃焼制御装置41のバッファ413から送
られてくる制御信号に従ってトランジスタQ2のON/
OFF動作を制御するドライバDR1とで構成される。
ここで、図9に示したように、104,105はダイアフ
ラム102の上に形成される測温抵抗エレメントであ
る。
燃焼制御装置41のCPU410は、クロック信号を分
周することで規定の周期信号を生成して、その周期信号
を、バッファ413を介して、流体用流速センサ50の
センサブリッジ回路52bの持つドライバDR1に送出
する。
ッジ回路52bは、トランジスタQ2を規定周期に従っ
てON/OFF動作させ、これにより、トランジスタQ
2がON動作している間は正規の測定モードに入って、
流体の流速に応じた正規の電圧を出力し、トランジスタ
Q2がOFF動作しいる間はチェック用の測定モードに
入って、この電圧出力を停止する。
センサブリッジ回路52bは、CPU410の送出する
周期信号と同一の周期を持つ測定信号を出力することに
なる。
測定信号を受けて、CPU410は、図3の実施例と同
様に、センサブリッジ回路52bに送出した周期信号の
エッジ部分から規定時間経過した時点に、A/D変換器
411の出力するその測定信号のディジタル値を読み込
むことで、センサブリッジ回路52bの出力する正規の
電圧出力を入手し、それを使って、流体用流速センサ5
0の上を流れる流体の流速を算出する。
力する測定信号を受けて、この測定信号がCPU410
の発行する周期信号と同一の周期を持つときには、燃焼
制御装置41の故障検出回路416では、トランジスタ
Q1の周期的なON動作に従って、ウォッチドッグタイ
マ回路417のタイマ値が規定値を超えることなくクリ
アされていくことが繰り返されていくので、燃焼制御機
構412に対して異常状態が通知されることはない。
測温抵抗エレメント104,105が故障(断線や短絡)
することで流体用流速センサ50が故障したり、CPU
410が故障したりすることで、センサブリッジ回路5
2bの出力する測定信号がCPU410の発行する周期
信号と同一の周期を持たなくなるときには、この繰り返
し動作が途切れ、ウォッチドッグタイマ回路417のタ
イマ値が規定値を超えることで、燃焼制御機構412に
対して異常状態が通知されることになる。
流速センサ50を使って流体の流速を測定しているとき
に、その流体用流速センサ50が故障しているのか否か
ということと、燃焼制御装置41のCPU410が故障
しているのか否かということを常時検出できるようにな
るのである。
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、実施
例では、本出願人が特願平3-106528 号公報で開示した
半導体ダイアフラム構成の流速センサに従って本発明を
開示したが、本発明は、この半導体ダイアフラム構成の
流速センサにその適用が限られるものではない。
ヒータエレメントと、そのヒータエレメント上を移動す
る流体により引き起こされる熱移動により抵抗値を変化
させる測温抵抗エレメントとで構成される流速センサを
使って流体の流速を検出する構成を採るときにあって、
流速の測定中に、その流速センサが故障しているのか否
かということを常時検出できるようになる。
のCPUが故障しているのか否かということについても
常時検出できるようになる。
例である。
る。
る。
る。
Claims (3)
- 【請求項1】 発熱するヒータエレメントと、該ヒータ
エレメント上を移動する流体により引き起こされる熱移
動により抵抗値を変化させる1つ又は複数の測温抵抗エ
レメントとで構成される流速センサを備えて、該測温抵
抗エレメントの抵抗値に基づいて流体の流速を検出する
流速検出装置において、 上記ヒータエレメントに対して規定の周期を持つ発熱用
の駆動信号を印加する印加手段と、 上記測温抵抗エレメントの抵抗値に応じて発生される測
定信号を入力として、該測定信号の持つ周期が上記駆動
信号の持つ周期と一致するのか否かを検出して、一致し
ないときに異常を出力する検出手段と、 上記測温抵抗エレメントの抵抗値に応じて発生される測
定信号を入力として、該測定信号の持つ周期を考慮しつ
つ、該測定信号から流速測定に用いる信号値を入手する
入手手段とを備えることを、 特徴とする流速検出装置。 - 【請求項2】 発熱するヒータエレメントと、該ヒータ
エレメント上を移動する流体により引き起こされる熱移
動により抵抗値を変化させる1つ又は複数の測温抵抗エ
レメントとで構成される流速センサを備えて、該測温抵
抗エレメントの抵抗値に基づいて流体の流速を検出する
流速検出装置において、 上記測温抵抗エレメントに対して規定の周期を持つ測定
用の駆動信号を印加する印加手段と、 上記駆動信号の信号レベルと上記測温抵抗エレメントの
抵抗値とに応じて発生される測定信号を入力として、該
測定信号の持つ周期が上記駆動信号の持つ周期と一致す
るのか否かを検出して、一致しないときに異常を出力す
る検出手段と、 上記駆動信号の信号レベルと上記測温抵抗エレメントの
抵抗値とに応じて発生される測定信号を入力として、該
測定信号の持つ周期を考慮しつつ、該測定信号から流速
測定に用いる信号値を入手する入手手段とを備えること
を、 特徴とする流速検出装置。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載の流速検出装置にお
いて、 印加手段は、駆動信号の印加先エレメントに印加される
直流電源をスイッチングするスイッチング手段と、CP
Uの発生するクロック信号を使って該スイッチング手段
をスイッチング動作させるドライバ手段とで構成される
ことを、 特徴とする流速検出装置。
Priority Applications (1)
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JP17450896A JP3273892B2 (ja) | 1996-07-04 | 1996-07-04 | 流速検出装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP17450896A JP3273892B2 (ja) | 1996-07-04 | 1996-07-04 | 流速検出装置 |
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JPH1019624A JPH1019624A (ja) | 1998-01-23 |
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JP17450896A Expired - Fee Related JP3273892B2 (ja) | 1996-07-04 | 1996-07-04 | 流速検出装置 |
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JP (1) | JP3273892B2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
JP4633234B2 (ja) * | 2000-07-04 | 2011-02-16 | 本田技研工業株式会社 | センサ機能の故障診断方法 |
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1996
- 1996-07-04 JP JP17450896A patent/JP3273892B2/ja not_active Expired - Fee Related
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