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CN104755885A - 热式流量计 - Google Patents

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CN104755885A
CN104755885A CN201380056445.5A CN201380056445A CN104755885A CN 104755885 A CN104755885 A CN 104755885A CN 201380056445 A CN201380056445 A CN 201380056445A CN 104755885 A CN104755885 A CN 104755885A
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China
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thermal flowmeter
circuit
fault
resistance
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CN201380056445.5A
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松本昌大
中野洋
半泽惠二
浅野哲
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Hitachi Astemo Ltd
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Hitachi Automotive Systems Ltd
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Abstract

在从构成电桥电路的电阻的两端获取电压的2根配线间与上述电阻并联地连接有电路元件的结构中，难以检测上述2根配线的断线。在包括发热体(2)和由多个电阻(4～8)构成电桥电路且控制发热体(2)的温度的温度控制用电桥电路(3)的热式流量计中，包括：通过从构成温度控制用电桥电路(3)的至少一个电阻(7)的两端部引出的2根配线(L2、L3)与电阻(7)并联连接的电路元件(15)；检测在2根配线(L2、L3)之间产生的电压的大小是否比第一规定值小的电压检测电路(17)；和在由电压检测电路(17)检测出所述电压的大小比第一规定值小的情况下输出表示故障的信号的故障信号输出电路(20)。

Description

热式流量计
技术领域
本发明涉及热式流量计，尤其是涉及能够检测传感器元件部与集成电路间的断线的热式流量计。
背景技术
作为热式流量计的现有例，已知有特开2011－237456号公报中记载的热式流量传感器。在该现有例中，在检测加热温度的电桥电路中设有平衡调整用电阻，获取上述平衡调整用电阻的两端电位，由多级串联连接的电阻承接该两端电位。通过用开关切换并获取多级连接的电阻与电阻之间产生的中间电位，能够调整中间电位，即使构成电桥电路的电阻体的电阻值产生偏差，也能够调整电桥电路的平衡。
另外，在特开2012－008014号公报记载的电桥电路的断线检测电路中，并联连接由两个电阻构成的第一串联电路和由两个电阻构成的第二串联电阻而构成电桥电路，将连接获取第一串联电路的中间电位的第一输出端子与放大器的配线、和连接获取第二串联电路的中间电位的第二输出端子与放大器的配线分别经由电阻与地电位连接。在第一输出端子产生断线的情况下，第一输出端子成为地电位。另外，在第二输出端子产生断线的情况下，第二输出端子成为地电位。由此，能够检测第一输出端子和第二输出端子的断线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011－237456号公报
专利文献2:日本特开2012－008014号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在特开2011－237456号公报的现有例中，关于设于传感器元件的电桥电路和其驱动电路之间的配线的断线检测没有考虑。另外，特开2012－008014号公报的现有例中，关于获取平衡调整用电阻的两端电位的配线的断线检测没有考虑。
使用图4对现有例的问题进行说明。图4表示作为用于说明问题的比较例的热式流量计的结构。该热式流量计由传感器元件部1和集成电路14构成，在传感器元件部1配置发热体2、由根据发热体2的温度而电阻值变化的加热温度检测电阻4和固定电阻5、6、8和平衡调整用电阻7构成的加热温度检测电桥电路3、由配置于发热体2的上风侧的温度检测电阻10、13和配置于下风侧的温度检测电阻11、12构成且检测发热体2的上风侧和下风侧的温度差的温度差检测电桥电路9。另外，在集成电路14配置获取平衡调整用电阻7的两端电压的中间电位的带分接头(抽头，tap)调整电阻15、检测带分接头调整电阻15的分接头电压Vt和加热温度检测电阻4与固定电阻5之间的电压V45的电压差而产生向发热体2的驱动电压Vh的放大器16、向温度差检测电桥电路9供给基准电压Vref的基准电压源18、放大温度差检测电桥电路9的输出并生成传感器输出的放大器19。
在特开2012－008014号公报的断线检测电路中，获取平衡调整用电阻7的两端的电压而检测连接到集成电路14的配线L2、L3的断线是困难的。
例如，如果在图4的配线L4与接地之间连接高电阻，则在配线L4断线的情况下，配线L4的集成电路14侧的电位成为地电位。利用这点，可以检测配线L4的断线。但是，在配线L2与接地之间连接高电阻的情况下，如果配线L2断线，则配线L2的集成电路14侧的电位经由配线L3和带分接头调整电阻15固定于配线L3的电位。该情况下，带分接头调整电阻15的分接头位置无关系。因此，配线L2的集成电路14侧的电位没有成为地电位，放大器16的输入电压会成为配线L3的电位。因此，通过现有的断线检测方法不能检测配线L2的断线。由此，加热温度检测电桥电路3的平衡变化，继续进行不正确的流量检测。另外，对于配线L3的断线，也与配线L2同样不能进行断线检测。
不能进行连接电桥电路与放大器的配线的断线检测的原因在于：电路元件与构成电桥电路的电阻并联连接，经由该电路元件获取向放大器的输入电压。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，在获取构成电桥电路的电阻的两端电压的配线间连接有电路元件的结构中，能够进行获取构成电桥电路的电阻的两端电压的配线的断线检测。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的热式流量计包括发热体和由多个电阻构成电桥电路并控制上述发热体的温度的温度控制用电桥电路，上述热式流量计控制上述发热体的温度来检测流体的流量，其包括：电路元件，其通过从构成上述温度控制用电桥电路的至少一个电阻的两端部引出的2根配线与上述电阻并联连接；电压检测电路，其检测在上述2根配线之间产生的电压的大小是否比第一规定值小；和故障信号输出电路，其在由上述电压检测电路检测出上述电压的大小比第一规定值小的情况下，输出表示故障的信号。
发明效果
根据本发明，由于能够检测热式流量计的加热温度检测电桥电路的检测困难的配线的断线，所以可以提供高的可靠性的热式流量计。
附图说明
图1是表示第一实施例的热式流量计的结构的图。
图2是表示比较器17的输入输出特性的图。
图3是表示断线检测功能的真实值表。
图4是表示用于说明本发明的课题的作为比较例的热式流量计的结构的图。
图5是表示第二实施例的热式流量计的结构的图。
图6是表示比较器17、24的输入输出特性的图。
图7是表示断线检测功能的真实值表。
图8是表示第三实施例的热式流量计的结构的图。
图9是表示第三实施例的热式流量计的输出特性的图。
图10是表示断线检测时的输出值的图。
图11是表示第四实施例的热式流量计的结构的图。
图12是表示第五实施例的热式流量计的结构的图。
图13是表示第六实施例的热式流量计的结构的图。
图14是表示第七实施例的热式流量计的结构的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，通过图1、2、3说明本发明第一实施例的热式流量计。另外，图1是表示第一实施例的热式流量计的结构的图，图2是表示比较器17的输入输出特性的图，图3是表示断线检测功能的真实值表。
本实施例的热式流量计是与图4所示的比较例基本相同的结构，追加了比较器17和开关20的结构不同。以下，详细说明。
本实施例中，热式流量计由传感器元件部1和集成电路14构成，在传感器元件部1中配置有：发热体2；由根据发热体2的温度而电阻值变化的加热温度检测电阻4、固定电阻5、6、8和平衡调整用电阻7构成的加热温度检测电桥电路3；和由配置于发热体2的上风侧的温度检测电阻10、13和配置于下风侧的温度检测电阻11、12构成，检测发热体2的上风侧与下风侧的温度差的温度差检测电桥电路9。另外，在集成电路14中配置有：获取平衡调整用电阻7的两端电压的中间电位Vt的带分接头调整电阻15；检测带分接头调整电阻15的分接头电压Vt和加热温度检测电阻4与固定电阻5之间的电压V45的电压差，产生对发热体2的驱动电压Vh的放大器(差动放大器)16；检测连接于平衡调整用电阻7的两端部的配线L2与配线L3之间的电压是否为第一规定值以下的比较器17；向温度差检测电桥电路9供给基准电压Vref的基准电压源18；放大温度差检测电桥电路9的输出而生成传感器输出的放大器(差动放大器)19；和将放大器19的输出电压固定于地电位的开关20。
本说明书中，所谓“中间电压”(也有“中间电位”这种情况)不是指两个电位的中央值。是指处于两个电位的范围内的电压或电位。因此，也可以是偏离中央值的电压或电位。
正常时，比较器17的输入电压由发热体2的驱动电压Vh、固定电阻6、8、平衡调整用电阻7和带分接头调整电阻15决定。即，比较器17的输入电压为规定范围的电压。该规定范围的电压是比驱动电压Vh低在固定电阻6与平衡调整用电阻7的连接部产生的电压量的电压V67、和比地电位高产生于固定电阻8的电压量的电压V78之间的电压值。该电压值由带分接头调整电阻15的分接头位置决定。
在配线L2或配线L3断线的情况下，比较器17的输入电压因通过带分接头调整电阻15短路，所以比较器17的输入电压为0。即，比较器17的两个输入由带分接头调整电阻15连接，在配线L2或配线L3断线的情况下，比较器17的两个输入会成为同电位。因此，如图2所示，在比较器17的输入电压为第一规定值Vth以下的情况下，判定出配线L2或配线L3已断线，比较器17将输出设为1。比较器17构成检测配线L2与配线L3之间的电压的大小是否比第一规定值小的电压检测电路。
不能进行连接电桥电路3与放大器16的配线L2、L3的断线检测的原因在于，将电路元件(带分接头调整电阻15)与构成电桥电路3的电阻(平衡调整用电阻7)并联连接，经由该电路元件获取向放大器16的输入电压。在本实施例中，作为电路元件，可以使用带分接头调整电阻15、由多级串联连接的多个电阻和开关构成的元件等。将这种电路元件用于进行电桥电路的平衡调整。
在传感器元件部1作为焊盘PD1形成有用于获取电压V67的端子。在集成电路部14也形成有作为端子的焊盘PD14，由配线L2电连接焊盘PD1与焊盘PD14之间。作为配线L2一般使用金线或铝线，通过引线接合连接焊盘PD1与焊盘PD14。作为其它配线L1、L3～L9、和其它实施例的配线L10～L12，在传感器元件部1侧形成有焊盘PD1，在集成电路部14侧形成有焊盘PD14，通过引线接合连接焊盘PD1与焊盘PD14。
配线的断线多在连接焊盘PD1与焊盘PD14的配线部分(引线接合的配线量)发生。本实施例及其它实施例中能够可靠地检测在连接焊盘PD1与焊盘PD14的配线部分的断线。
另外，在比较器17的输出为1的情况下，通过开关20将传感器输出Vso固定为地电位，由此，能够向接收热式流量计的传感器输出的控制装置侧告知故障。此外，也可以将开关20连接到电源侧，由此，将传感器输出Vso固定为电源电位，向控制装置侧告知故障。表示断线造成的故障的信号，通过输出流量信号(传感器输出Vso)的输出信号线29从输出端子30对上位的控制装置输出。开关20构成输出表示故障的信号的故障信号输出电路。
本实施例中，对于配线L2和配线L3的断线检测进行了叙述，但如图3所示，对于配线L1、配线L5的断线也是可检测的。此外，图3中“OK”表示可进行断线检测，“NG”表示不可进行断线检测。在配线L1断线的情况下，因没有向加热温度检测电桥电路3供给驱动电压Vh，所以配线L2与配线L3之间的电压成为0，比较器17的输入电压为规定值Vth以下。另外，在配线L5断线的情况下，因配线L2与配线L3之间的电压也为0，因此，比较器17的输入电压为规定值Vth以下。除此之外，在放大器16发生故障而驱动电压Vh的电压为0的情况下也可以进行检测。
本实施例中，仅由比较器17检测配线L2与配线L3之间的电压，因此，完全没有对电桥电路的影响。在特开2012－8014号公报中记载的断线检测方法中，需要对电桥电路流动用于断线检测的电流，因此，有可能因该电流的偏差而给电桥电路的平衡带来影响。与之相对，在本实施例中，不需要对电桥电路流动用于断线检测的电流，所以不会给电桥电路的平衡带来影响。
接着，通过图5、6、7说明本发明第二实施例的热式流量计。另外，图5是表示第二实施例的热式流量计的结构的图，图6是表示比较器17、24的输入输出特性的图，图7是表示断线检测功能的真实值表。
第二实施例的热式流量计是与第一实施例的热式流量计基本上相同的结构，是追加了比较器17的动作变更和固定电阻21、开关22、固定电阻23、比较器24、逻辑和电路25的结构。本实施例中，在加热温度检测电桥电路3的左边侧设有固定电阻21，与固定电阻21并联地在集成电路14的内部配置固定电阻23，能够用比较器24检测固定电阻21的两端电压。另外，比较器17、24的特性也如图6所示，作为波带型的比较特性，比较器17、24的输入电压为第一规定值Vth1以下的情况下和为第二规定值Vth2以上的情况下，输出1(表示故障的信号)。另外，逻辑和电路25求出比较器17、24的输出的逻辑和，由此，在由比较器17或比较器24输出故障判定信号的情况下，用开关20将传感器输出固定为地电位，并且利用开关22将加热驱动电压Vh固定为地电位。另外，以从产生一定的电压的基准电压源18供给的方式变更加热温度检测电桥电路3的电源。
本实施例中，在配线L4断线的情况下，比较器24的输入电压因连接有固定电阻23，所以比较器24的输入电压为0，比规定的电压小。因此，能够通过由比较器24检测该电压变化来检测配线L4的断线。同样也可以检测配线L6。该情况下，能够进行在第一实施例中不能检测的配线L4的断线检测。另外，在本实施例中可以使加热温度检测电桥电路3的右边和左边的电路结构相同，所以可以提高加热温度检测电桥电路3的对称性。另外，将加热温度检测电桥电路3的电源作为基准电压源18，由此，能够减小正常时的配线L2与配线L3之间的电压及配线L4与配线L6之间的电压的变化，能够提高比较器17、24的检测精度。另外，通过使比较器17、24的特性形成波带型，基准电压源18的电压异常、配线L2、L3、L4、L6的电源或接地的短路故障也如图7所示，能够进行检测。另外，在故障检测时，利用开关22将加热驱动电压Vh固定为地电位，由此停止发热体2的加热控制。这是用于在产生故障的情况下在发热体2上不施加过大的电压的处置，不一定要将加热驱动电压Vh固定为地电位，只要能够将加热驱动电压Vh维持在低电压即可。但是，将加热驱动电压Vh固定为地电位能够抑制由发热体2消耗的电力。
在故障检测时将加热驱动电压Vh固定为地电位的开关22，通过应用于第一实施例和后述的实施例，也能够在故障检测时停止发热体2的加热控制。另外，将固定电阻21、固定电阻23、比较器24、逻辑和电路25的结构，和将比较器17、24的特性作为波带型的比较特性并在比较器17、24的输入电压为第一规定值Vth1以下的情况下和为第二规定值Vth2以上的情况下输出表示故障的信号的结构，也可以适当用于上述及后述的各实施例。
接着，通过图8、9、10说明本发明第三实施例的热式流量计。另外，图8是表示第三实施例的热式流量计的结构的图，图9是表示第三实施例的热式流量计的输出特性的图，图10是表示断线检测时的输出值的图。
第三实施例的热式流量计是与第二实施例的热式流量计基本上相同的结构，设有数字输出电路26。
本实施例中，将比较器17的输出和比较器24的输出输入到数字输出电路26。数字输出电路26接收生成传感器输出Vso的放大器19的输出、比较器17的输出和比较器24的输出，用数字值输出传感器输出Vso及通知故障的信号。通知故障的信号作为热式流量计的输出，通过输出流量信号(传感器输出Vso)的输出信号线29从输出端子30对上位的控制装置输出。
本实施例中，构成数字输出电路26输出表示故障的信号的故障信号输出电路。
本实施例中，如图9所示，热式流量计正常动作时的流量的输出值设定为在-30000～30000之间变化。图9中输出数字值32768和-32768是分别与215及-215对应的值。如图9所示，在输出数字值30001～32768之间及-30001～-32768之间存在与表示流量的输出值无关的空白区域。将该空白区域的输出数字值作为通知故障的信号使用。
在检测到断线的情况下，例如如图10所示，设定表示故障的信号(输出值)。在由比较器17检测出断线的情况下将输出值固定在32000，由比较器24检测出断线的情况下，将输出值固定在32001。这样，区别由比较器17检测出的断线和由比较器24检测出的断线，可以向上位控制装置告知。即，详细特定产生断线的配线，可以向上位的控制装置告知。
将本实施例的数字输出电路26应用于上述及后述的其它实施例，用输出数字值向上位的控制装置告知产生了断线。
接着，通过图11说明本发明第四实施例的热式流量计。另外，图11是表示第四实施例的热式流量计的结构的图。
第四实施例的热式流量计是与第一实施例的热式流量计基本上相同的结构，由发热体2、固定电阻5、6、8和平衡调整用电阻7构成加热温度检测电桥电路3。本实施例中，用发热体2置换加热温度检测电阻4，在本实施例与第一实施例同样，也可以检测配线L2及配线L3的断线。
接着，通过图12说明本发明第五实施例的热式流量计。另外，图12是表示第五实施例的热式流量计的结构的图。
第五实施例的热式流量计是与第四实施例的热式流量计基本上相同的结构，根据固定电阻5的两端电压检测在发热体2流动的电流，通过放大器19获取该两端电压，由此得到传感器输出。在本实施例中，与第一实施例同样，也能够检测配线L2、配线L3的断线。另外，也能够检测L1、L5的断线及放大器16发生故障而使驱动电压Vh为0的情况。
接着，通过图13说明本发明第六实施例的热式流量计。另外，图13是表示第六实施例的热式流量计的结构的图。
第六实施例的热式流量计是与第一实施例的热式流量计基本上相同的结构，在发热体2上连接固定电阻27，根据固定电阻27的两端电压检测在发热体2流动的电流，通过放大器19获取该两端电压，由此得到传感器输出。本实施例中与第一实施例同样，也能够检测配线L2配线L3的断线。另外，也能够检测L1、L5的断线及放大器16故障而驱动电压Vh为0的情况。
接着，通过图14说明本发明第七实施例的热式流量计。另外，图14是表示第七实施例的热式流量计的结构的图。
第七实施例的热式流量计是与第一实施例的热式流量计基本相同的结构，是代替加热温度检测电阻4，配置热电偶28检测发热体2的温度，代替固定电阻6，配置热电偶29的结构。本实施例中与第一实施例同样，也能够检测配线L2配线L3的断线。另外，也能够检测L1、L5的断线及放大器16故障而使驱动电压Vh为0的情况。
符号说明
1…传感器元件部、2…发热体、3…加热温度检测电桥电路、4…加热温度检测电阻、5…固定电阻、6…固定电阻、7…平衡调整用电阻、8…固定电阻、9…温度差检测电桥电路、10…温度检测电阻、11…温度检测电阻、12…温度检测电阻、13…温度检测电阻、14…集成电路、15…带分接头调整电阻、16…放大器、17…比较器、18…基准电压源、19…放大器、20…开关、21…固定电阻、22…开关、23…固定电阻、24…比较器、25…逻辑和电路、26…数字输出电路、27…固定电阻、28…热电偶、29…热电偶。

Claims (7)

1.一种热式流量计，其包括发热体和由多个电阻构成电桥电路并控制所述发热体的温度的温度控制用电桥电路，所述热式流量计控制所述发热体的温度来检测流体的流量，其特征在于，包括：
电路元件，其通过从构成所述温度控制用电桥电路的至少一个电阻的两端部引出的2根配线与所述电阻并联连接；
电压检测电路，其检测在所述2根配线之间产生的电压的大小是否比第一规定值小；和
故障信号输出电路，其在由所述电压检测电路检测出所述电压的大小比第一规定值小的情况下，输出表示故障的信号。
2.如权利要求1所述的热式流量计，其特征在于：
所述故障信号输出电路通过输出流量信号的输出信号线输出表示故障的信号。
3.如权利要求2所述的热式流量计，其特征在于：
所述故障信号输出电路使流量信号的输出信号线为地电位或电源电压来输出表示故障的信号。
4.如权利要求2所述的热式流量计，其特征在于：
所述故障信号输出电路使用表示流量的数值的范围外的数字值来输出表示故障的信号。
5.如权利要求2所述的热式流量计，其特征在于：
包括对所述加热温度控制用电桥电路施加电压值一定的驱动电压的电源。
6.如权利要求2所述的热式流量计，其特征在于：
所述电压检测电路，作为在所述2根配线之间产生的电压的值，具有比所述第一规定值大的第二规定值，
所述故障信号输出电路在由所述电压检测电路检测的电压成为比第二规定值大的电压值的情况下，输出表示故障的信号。
7.如权利要求2所述的热式流量计，其特征在于：
设置有在由所述电压检测电路检测出在所述2根配线之间产生的电压的大小比所述第一规定值小的情况下，使所述发热体的驱动电压成为低电压的电路。
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