JPS60230019A - ガス流量検出装置 - Google Patents

ガス流量検出装置

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JPS60230019A
JPS60230019A JP59085114A JP8511484A JPS60230019A JP S60230019 A JPS60230019 A JP S60230019A JP 59085114 A JP59085114 A JP 59085114A JP 8511484 A JP8511484 A JP 8511484A JP S60230019 A JPS60230019 A JP S60230019A
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JP
Japan
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gas flow
heat
flow rate
resistor
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JP59085114A
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JPH06100485B2 (ja
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Takehisa Yaegashi
八重樫 武久
Michihiro Ohashi
大橋 通宏
Kazuhiko Shiratani
和彦 白谷
Kaneo Imamura
今村 兼雄
Kazuaki Koyanagi
小柳 和明
Hirofumi Ono
弘文 小野
Masayuki Kamo
加茂 政行
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Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
S Tec Inc
Original Assignee
Aisan Industry Co Ltd
Toyota Motor Corp
S Tec Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はガス流量検出装置に関する。
従来技術 ガス流量、例えば内燃機関の吸入空気量を検出するため
に熱線風速計の原理を応用したガス流量検出装置が特開
昭55−103421号公報に記載されているように公
知である。このガス流量検出装置では自己加熱せしめら
れる測定抵抗を担持した平板状支持体をガス流通路の軸
線上に配置し、この測定抵抗支持体のまっすぐ前方に補
償抵抗を担持した平板状支持体を配置し、測定抵抗と補
償抵抗の温度差が等しくなるように測定抵抗に供給され
る、加熱用電流を調整して測定抵抗を加熱するのに必要
な電流値からガス流速を検出するようにしている。
しかしながらこのガス流量検出装置ではまず第1に補償
抵抗支持体が測定抵抗支持体のまっすぐ前方に配置され
ているので補償抵抗支持体によって乱されたガス流が測
定抵抗支持体の測定抵抗表面を流れる。その結果、乱れ
の程度に応じて測定抵抗の冷却度合が変化するので測定
抵抗に供給される電流値がガス流速に正確に対応しな(
なり、斯くしてガス流速を正確に検出できないという問
題がある。
第2にこのガス流量検出装置では測定抵抗が加熱ヒータ
を兼ねているのでガス流速を正確に検出できないという
問題がある。mち、測定抵抗として要求される特性は温
度変化に対する感度が敏感なこと、即ち抵抗の温度係数
が大きいことである。
しかしながら抵抗の温度係数を大きくすると温度変化に
対する抵抗値の変化が大きくなり、測定抵抗に供給され
る加熱用電流値、即ちガス流量検出装置の出力信号は多
(のリップルを含むことになるので感度とノイズのレベ
ルの比、いわゆるS/N比が低下する。従って測定抵抗
としては抵抗温度係数の大きな抵抗を用いることができ
ず、斯くして流速変化に対して良好な感度が得られない
という問題がある。
発明の目的 本発明の目的は流速変化に対して敏感であり、しかも流
速を正確に検出することのできるガス流量検出装置を提
供することにある。
発明の構成 本発明の構成は、ガス流通路内に薄肉平板状の流速検出
用素子と薄肉平板状のガス温検出用素子とをガス流通路
の軸線と平行に配置し、ガス流通路の軸線に沿ってみた
流速検出用素子とガス温検〒 1 出用素子の投影像が互に重合しないようにガス温検
出用素子を流速検出用素子の斜め上流に配置したことに
ある。
実施例 2 第1図および第2図を参照すると、1はガス流通管、2
はガス流通路、3は非導電性断熱性の合成樹脂材料から
なる検出素子ホルダを夫々示す。
本発明を内燃機関に適用した場合にはガス流通路2は吸
気通路、或いは吸気通路内に形成されたベンチュリとベ
ンチュリ上流の吸気通路とを連結するバイパス通路を示
す。第1図および第2図に示されるようにガス流通路2
内には薄肉平板状の流速検出用素子4と薄肉平板状のガ
ス温検出用素子5とが配置される。流速検出用素子4は
ガス流通路2の軸線X上において軸線Xに沿って延びる
ように配置される。しかしながらこの流速検出用素子4
は必ずしも軸線X上に配置する必要はなく、軸線Xから
間隔を隔てて配置することもできるがこの場合でも流速
検出用素子4は軸線Xと平行に配置0必要”“6・一方
・”7温検8用8子5 、は矢印Fで示すガスの流れ方
向に対して流速検出用素子4の斜め上流において軸線X
と平行に配置される。即ち、ガス温検出用素子5は軸線
X方向において流速検出用素子4から間隔を隔てて配置
されており、また第8図に示すように軸線Xに沿う流速
検出用素子4の投影像4aとガス温検出用素子5の投影
像5aとが互に重合しないように配置されている。流速
検出用素子4およびガス温検出用素子5はそれらの゛投
影像4a 、 5aが互に重合しないように配置すれば
よいので流速検出用素子4とガス温検出用素子5とを必
ずしも平行に配置する必要がなく、例えば投影像4a 
、 5aが互に直角をなすように流速検出用素子4とガ
ス温検出用素子5を配置することもできる。
第3図は流速検出用素子4およびガス温検出用素子5の
拡大平面図を示す。第3図を参照すると、流速検出用素
子4はシリコンウェハのチップからなる薄肉平板状の基
体6からなり、基体6の表面上には薄膜の加熱抵抗体R
Hと感熱抵抗体R2が形成される。加熱抵抗体R8は感
熱抵抗体Rtを加熱するためだけに使用され、従って加
熱抵抗体RHは抵抗温度係数が極めて小さい材料から形
成されている。一方、感熱抵抗体R2は抵抗変化を検出
するためにのみ使用され、従ってこの感熱抵抗体R2は
抵抗温度係数が極めて大きな材料から形成されている。
加熱抵抗体R□の発する熱は一方では基体6を通って熱
伝導により感熱抵抗体R2に伝えられ、他方ではガス流
による熱伝達によって感熱抵抗体R2に伝えられる。従
って、熱伝達による熱の伝達を確保するために加熱抵抗
体R11は感熱抵抗体R2の上流に配置されている。加
熱抵抗体RHの薄肉帯状リード端子7および感熱抵抗体
R2の薄肉帯状リード端子8は第1図および第2図に示
されるように検出素子ホルダ3に固定され、従って流速
検出用素子はこれらのリード端子7,8によって支持さ
れる。一方、第3図に示されるようにガス温検出用素子
5もシリコンウェハのチップからなる薄肉平板状の基体
9からなり、基体9の表面上には薄膜の感熱抵抗体R1
が形成される。この感熱抵抗体R1は抵抗温度係数の大
きな材料から形成される。感熱抵抗体R,の薄肉帯状リ
ード端子10は第1図および第2図に示されるよつに検
出素子ホルダ3に固定され、従ってガス温検出用素子5
はこれらリード端子10によって支持される。
第4図は流速検出用素子4の断面図を示す。第4図を参
照するとシリコンからなる基体6上にSiO□からなる
絶縁層11が形成され、この絶縁層11上に薄膜の加熱
抵抗体RHと薄膜の感熱抵抗体R2とが形成される。こ
れら加熱抵抗体RHおよび感熱抵抗体R2は更にSin
、からなる保護層12によって覆われる。ガス温検出用
素子5も流速検出用素子4と同様な断面構造をなしてお
り、従ってガス温検出用素子5の断面構造については説
明を省略する。
第5図は第3図に示す流速検出用素子4とガス温検出用
素子5の検出回路を示す。第5図を参照すると加熱抵抗
体R,の一端は固定抵抗R8を介して接地され、“加熱
抵抗体RHの他端はトランジスタTrのエミツタに接続
される。また一対の固1 定抵抗rl+rZが設けられ
、これら固定抵抗rl+r2と感熱抵抗体R+ 、Rt
によりブリッジ回路が形成される。固定抵抗rl+rf
fiの接続点PはコンパレータCの一方の入力端子に接
続され、感熱抵抗体Rt、Rzの接続点Qはコンパレー
タCの他方の入力端子に接続される。また、コンパレー
タCの出力端子はトランジスタT、のべ一′スに接続さ
れる。感熱抵抗体R+、Rzは前述したように抵抗温度
係数の大きな材料から形成されており、感熱抵抗体R2
の温度が感熱抵抗体R1の温度よりも一定温度Δtだけ
高いときに接続点P、Qの電圧が等しくなるように感熱
抵抗体R,,R,,r、、r。
の抵抗値が定められている。従って感熱抵抗体R+。
R1の温度差がΔtよりも小さくなると接続点Qの電圧
は接続点Pの電圧よりも高くなり、その結果コンパレー
タCの出力電圧は高レベルとなる。
コンパレータCの出力電圧が高レベルになるとトランジ
スタTrはオンとなり、加熱抵抗体Ri+に電力が供給
されるために感熱抵抗体R2の温度が上昇する。次いで
感熱抵抗体R1,Rzの温度差がΔtに等しくなるとコ
ンパレータCの出力電圧は低レベルになり、その結果ト
ランジスタTrがオフとなるために加熱抵抗体RHへの
電力の供給が停止される。このように加熱抵抗体R,へ
の電力の供給を制御することによって感粋抵填体R+、
Rzの温度差Δtが一定に保持される。
一方、直径dの白金線を流速νの流体内に配置し、白金
線を加熱したときに流体によって持ち去られる熱量Hは
次のり、V、Kingの式によ゛つて表わされる。
H=KT+■ロロCτ−【「7T ここでに:流体の熱伝導率 Cv:流体の定容比熱 ρ:原流体密度 T:白金線の温度と流体の温度との温度差 この式を本発明に適用すると温度差Tは感熱抵抗体゛R
,,R,の温度差Δtに等しくなる。また、感熱抵抗体
R+、Rzの温度差Δtを一定に保持するためには流体
によって持ち去られる熱量Hと等しい熱量を感熱抵抗体
R2に加えなければならず、従って熱量Hは加熱抵抗体
RHの発熱量i”R/Jに等しくなる。ここでiは加熱
抵抗体RHを流れる電流値、Rは加熱抵抗体R9の抵抗
値、Jは熱の仕事当量である。従って加熱抵抗体RHと
して抵抗温度係数が極めて小さい抵抗を用いれば上式は
次のように簡単に表わせる。
i ” = B f【T+ に こでB、Cは流体の種類や加熱抵抗体RHの抵抗値から
定まる定数である。
従ってこの式から加熱抵抗体R,に流れる電流を検出す
れば流体の速度νを検出できることがわかる。第5図に
示す実施例では抵抗R8の一端の電圧を検出器りにより
検出することによって加熱抵抗体R1を流れる電流を検
出するようにしてしする。従ってこの検出器りによりガ
ス流通路2内を流れるガスの流速を検出することができ
、従ってガス流通路2内を流れるガス量を検出すること
ができる。
第1図および第2図に示されるようにガス温検出用素子
5およびそのリード端子10は流速検出RHおよび感熱
抵抗体R2に達することがなく、5は流速検出用素子4
の上流に配置されているので加熱抵抗体R1lの発する
熱がガス温検出用素子5に伝達されることはなく、しか
もガス温検出用素子5は流速検出用素子4から軸線X方
向において間隔を隔てて配置されているので流速検出用
素子4の下面から発する輻射熱がガス温検出用素子5に
達することもないのでガス温検出用素子5の感熱抵抗体
Rtはガス塩に正確に比例して抵抗変化する。従って流
速検出用素子4とガス温検出用素子5によってガス流速
を正確に検出することができる。また、感熱抵抗体R2
と加熱抵抗体RHとを別個に設けた、いわゆる間接加熱
方式を採用しているので感熱抵抗体R2の抵抗温度係数
を大きくすることができ(斯くしてガス流速を感度よ↑ 喝 く検出することができる。
第6図および第7図に別の実施例を示す。この実施例に
おいても第1図および第2図に示す実施例と同様にガス
温検出用素子5が流速検出用素子4の斜め上流に配置さ
れている。しかしながらこの実施例では流速検出用素子
4とガス温検出用素子5は対応するリード端子7;8.
10によって片持ち支持され、更に加熱抵抗体Rnおよ
び感熱抵抗体R2が形成された基体6の表面と感熱抵抗
体R3が形成された基体9の表面とが互に反対方向外方
に向いているという点で第1図および第2図に示す実施
例とは異なる。
発明の効果 ガス温検出用素子を流速検出用素子の斜め上流に配置す
ることによってガス温検出用素子により乱されたガス流
が流速検出用素子に達することがなく、斯くしてガスの
流速を正確に検出することができる。また、間接加熱方
式を採用することによってガス流速を感度よく検出する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
2・・・ガス流通路、 4・・・流速検出用素子、5・
・・ガス温検出用素子、6.9・・・基体、47、8.
10・・・リード端子、 RM・・・加熱抵抗体、R+
、Rt・・・感熱抵抗体。 第6図 ■ ■ 第8図 第 7171 術部[ ジ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ガス流通路内に薄肉平板状の流速検出用素子と薄肉平板
    状のガス温検出用素子とを該ガス流通路の軸線と平行に
    配置し、該ガス流通路の軸線に沿フてみた流速検出用素
    子とガス温検出用素子の投影像が互に重合しないように
    ガス温検出用素子を流速検出用素子の斜め上流に配置し
    たガス流量検出装置。
JP59085114A 1984-04-28 1984-04-28 ガス流量検出装置 Expired - Lifetime JPH06100485B2 (ja)

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