JPH0675247B2 - 空気流量検出装置 - Google Patents
空気流量検出装置Info
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- JPH0675247B2 JPH0675247B2 JP58205795A JP20579583A JPH0675247B2 JP H0675247 B2 JPH0675247 B2 JP H0675247B2 JP 58205795 A JP58205795 A JP 58205795A JP 20579583 A JP20579583 A JP 20579583A JP H0675247 B2 JPH0675247 B2 JP H0675247B2
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- G—PHYSICS
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- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring 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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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- G01D3/036—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves
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- G—PHYSICS
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- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring 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
- G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
- G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/10—Regulating voltage or current
- G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC
- G05F1/56—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices
- G05F1/565—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor
- G05F1/567—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is DC using semiconductor devices in series with the load as final control devices sensing a condition of the system or its load in addition to means responsive to deviations in the output of the system, e.g. current, voltage, power factor for temperature compensation
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は空気流量計に用いられる空気流量検出装置に係
り、特に温度循環変化に対しても好適な空気流量検出装
置に関する。
り、特に温度循環変化に対しても好適な空気流量検出装
置に関する。
従来、この種の空気流量検出装置としては、その電源回
路の温度係数を調整するために所定温度係数のツェナー
ダイオードを挿入し、電源電圧を微調したり、電源回路
の増幅率を微調して電源回路構成素子（ダイオード等）
の温度係数の増幅率を変えたりしていた。
路の温度係数を調整するために所定温度係数のツェナー
ダイオードを挿入し、電源電圧を微調したり、電源回路
の増幅率を微調して電源回路構成素子（ダイオード等）
の温度係数の増幅率を変えたりしていた。
この種の装置としては、例えば特開昭58−87420号公報
に記載されているものがある。
に記載されているものがある。
上記従来技術は、あらかじめ所定温度係数を持っている
ツェナーダイオードを選別してモジュールに組込むた
め、モジュールに組込んだ状態で温度係数の微調や、電
源回路設定電圧を微調することができず、空気流量検出
装置の温度特性補償用に用いるためには十分ではなかっ
た。
ツェナーダイオードを選別してモジュールに組込むた
め、モジュールに組込んだ状態で温度係数の微調や、電
源回路設定電圧を微調することができず、空気流量検出
装置の温度特性補償用に用いるためには十分ではなかっ
た。
本発明の目的は、定電圧回路の温度係数の微調や設定電
圧の微調を容易にすることができる空気流量検出装置を
提供することにある。
圧の微調を容易にすることができる空気流量検出装置を
提供することにある。
上記目的は、空気流量を検出するための検出素子を有
し、前記検出素子によって検出された空気流量に対応し
た信号を出力するた検出回路部と、前記検出回路部から
の出力信号をその信号が一方の入力端子に入力される第
一の増幅器によって増幅して出力する出力回路部と、前
記第一の増幅器の基準電圧となる設定電圧を発生する定
電圧回路とを備えた空気流量検出装置において、前記定
電圧回路部は前記第一の増幅器の他方の入力端子に基準
電圧を出力する第二の増幅器と、前記第二の増幅器の入
力端子に接続され、ツェナー電流に応じて温度係数が変
化する特性を有するツェナーダイオードと、前記第二の
増幅器の出力端と前記ツェナーダイオードのカソードと
の間に接続され、前記ツェナー電流を定めるための抵抗
とを有することによって達成される。
し、前記検出素子によって検出された空気流量に対応し
た信号を出力するた検出回路部と、前記検出回路部から
の出力信号をその信号が一方の入力端子に入力される第
一の増幅器によって増幅して出力する出力回路部と、前
記第一の増幅器の基準電圧となる設定電圧を発生する定
電圧回路とを備えた空気流量検出装置において、前記定
電圧回路部は前記第一の増幅器の他方の入力端子に基準
電圧を出力する第二の増幅器と、前記第二の増幅器の入
力端子に接続され、ツェナー電流に応じて温度係数が変
化する特性を有するツェナーダイオードと、前記第二の
増幅器の出力端と前記ツェナーダイオードのカソードと
の間に接続され、前記ツェナー電流を定めるための抵抗
とを有することによって達成される。
第一の増幅器の基準電圧となる設定電圧を定めるため
に、ツェナー電流に応じて温度係数が変化する特性を有
するツェナーダイオードを用いているので各抵抗等の温
度変化によって生ずる出力回路部からの出力の温度変化
量を定電圧回路部の設定電圧の変化量を調整することで
容易にすることができる。
に、ツェナー電流に応じて温度係数が変化する特性を有
するツェナーダイオードを用いているので各抵抗等の温
度変化によって生ずる出力回路部からの出力の温度変化
量を定電圧回路部の設定電圧の変化量を調整することで
容易にすることができる。
第１図に本発明の空気流量検出装置に用いるツェナーダ
イオードのツェナー電流Iz（mA）に対する温度係数γｚ
（mV/℃）の実例データを示す。
イオードのツェナー電流Iz（mA）に対する温度係数γｚ
（mV/℃）の実例データを示す。
このデータから、ツェナーダイオードの温度係数γｚ
は、(1)式で表せることがわかる。γｚ＝AlnIz＋Ｂ …
（１） （A:4.78×10-4,B:2.54×10-4） 第２図は、本発明の空気流量検出装置に用いる定電圧回
路100の設定電圧を発生する電源に関する一実施例を示
した図である。
は、(1)式で表せることがわかる。γｚ＝AlnIz＋Ｂ …
（１） （A:4.78×10-4,B:2.54×10-4） 第２図は、本発明の空気流量検出装置に用いる定電圧回
路100の設定電圧を発生する電源に関する一実施例を示
した図である。
この実施例は、オペアンプOP,抵抗ＲＡ,RＢ,RＣ，ダイ
オードD1,ツェナーダイオードZD1より構成され、ダイオ
ードD1の順方向電圧をＶＦ，ツェナーダイオードZD1の
電圧降下をVz,設定電圧をVsとすると、 となり、電源の温度係数γｓは（抵抗ＲＡ,RＢの温度係
数を無視すると）、 となる。
オードD1,ツェナーダイオードZD1より構成され、ダイオ
ードD1の順方向電圧をＶＦ，ツェナーダイオードZD1の
電圧降下をVz,設定電圧をVsとすると、 となり、電源の温度係数γｓは（抵抗ＲＡ,RＢの温度係
数を無視すると）、 となる。
ここで、一般にダイオードの温度係数γＦは、−2mV/℃
位であるから、Vsの温度係数として、0mV/℃近辺が必要
な場合は、第２図のダイオードD1をショート（不使用）
し、RCを調整してツェナー電流Izを5mA位に設定すれ
ば、電源の温度係数γｓは、０位になることがわかる。
第２図の回路で、ダイオードD1を挿入したのは、正の温
度係数を持たせる場合、D1がないと、ツェナー電流を5m
A以上の大電流にせねばならぬ為、電源回路の消費電力
が大きくなり、エネルギー的に不利になる為であり、第
２図の構成だと、ツェナー電流Izが5mA以下で容易に正
の温度係数に調整できる。
位であるから、Vsの温度係数として、0mV/℃近辺が必要
な場合は、第２図のダイオードD1をショート（不使用）
し、RCを調整してツェナー電流Izを5mA位に設定すれ
ば、電源の温度係数γｓは、０位になることがわかる。
第２図の回路で、ダイオードD1を挿入したのは、正の温
度係数を持たせる場合、D1がないと、ツェナー電流を5m
A以上の大電流にせねばならぬ為、電源回路の消費電力
が大きくなり、エネルギー的に不利になる為であり、第
２図の構成だと、ツェナー電流Izが5mA以下で容易に正
の温度係数に調整できる。
例として、ＲＢ/RＡ＝1.0のとき，γＦは−2mV/℃であ
るから、γｓは γｓ＝１×（γｚ−γＦ）＋γｚ ＝１×（γｚ−（−２））＋γｚ ＝１×（γｚ＋２）＋γｚ（mV/℃） …（４） となり、Iz＝1mAの時、γｚは−0.77mV/℃であるから、
γｓは γｓ＝0.46mV/℃ …（５） となる。
るから、γｓは γｓ＝１×（γｚ−γＦ）＋γｚ ＝１×（γｚ−（−２））＋γｚ ＝１×（γｚ＋２）＋γｚ（mV/℃） …（４） となり、Iz＝1mAの時、γｚは−0.77mV/℃であるから、
γｓは γｓ＝0.46mV/℃ …（５） となる。
ここで、抵抗Rcを調整しても、電源電圧V+は、ほとんど
変化しない為、（実際には、ツェナーダイオードの内部
抵抗分、ツェナー電圧は上昇するが、この値は、微小の
為無視する。）温度変化の少ない特性を要求された回路
に、第２図を追加し、制御回路と一体にした状態で、抵
抗Rcを調整し、電源の温度係数γｓを制御することによ
り、温度変化の少ない特性が実現できる。
変化しない為、（実際には、ツェナーダイオードの内部
抵抗分、ツェナー電圧は上昇するが、この値は、微小の
為無視する。）温度変化の少ない特性を要求された回路
に、第２図を追加し、制御回路と一体にした状態で、抵
抗Rcを調整し、電源の温度係数γｓを制御することによ
り、温度変化の少ない特性が実現できる。
第３図は、本発明の空気流量検出装置を示す図である。
第３図において、電源電圧V+がトランジスタTr1のコレ
クタに印加されており、このトランジスタTr1のエミッ
タには、空気流量の検出素子であるホットワイヤRHが接
続されており、このホットワイヤRHの他端は抵抗R1を介
して接続されている。トランジスタTr1のコレクタ，ベ
ース間に抵抗R12が接続されている。また、このトラン
ジスタTr1のエミッタには抵抗R2と抵抗R10が接続されて
いる。この抵抗R2の他端には、抵抗R9を介してオペアン
プOP1の（−）入力端子が接続されている。また、抵抗R
2の他端には、可変抵抗R3が接続されており、この可変
抵抗R3の他端には抵抗R21を介してオペアンプOP4の
（＋）入力端子が接続されている。また、抵抗R10の他
端はオペアンプOP1の（−）入力端子が接続されてい
る。このオペアンプOP1の（＋）（−）入力端子間は、
コンデンサC5を介して橋絡されている。
第３図において、電源電圧V+がトランジスタTr1のコレ
クタに印加されており、このトランジスタTr1のエミッ
タには、空気流量の検出素子であるホットワイヤRHが接
続されており、このホットワイヤRHの他端は抵抗R1を介
して接続されている。トランジスタTr1のコレクタ，ベ
ース間に抵抗R12が接続されている。また、このトラン
ジスタTr1のエミッタには抵抗R2と抵抗R10が接続されて
いる。この抵抗R2の他端には、抵抗R9を介してオペアン
プOP1の（−）入力端子が接続されている。また、抵抗R
2の他端には、可変抵抗R3が接続されており、この可変
抵抗R3の他端には抵抗R21を介してオペアンプOP4の
（＋）入力端子が接続されている。また、抵抗R10の他
端はオペアンプOP1の（−）入力端子が接続されてい
る。このオペアンプOP1の（＋）（−）入力端子間は、
コンデンサC5を介して橋絡されている。
また、オペアンプOP1の（＋）入力端子には抵抗R11が接
続されており、この抵抗R11の他端には、抵抗R14が接続
されている。
続されており、この抵抗R11の他端には、抵抗R14が接続
されている。
また第３図に示す抵抗R4には、抵抗R6と可変抵抗R5が接
続されている。この抵抗R6の他端にはオペアンプOP2の
（−）入力端子が、可変抵抗R5の他端は接地されてい
る。また、このオペアンプOP2の（＋）入力端子はホッ
トワイヤRHに接続されている。このオペアンプOP2の出
力端子と（−）入力端子との間には、コールドワイヤRC
と抵抗R8との直列回路が挿入接続されている。このオペ
アンプOP2の出力端子は、抵抗R11を介してオペアンプOP
1の（＋）入力端子と、抵抗R14を介して接地されてい
る。また、オペアンプOP2の（−）入力端子には、抵抗R
7とコンデンサC1が接続されており、この抵抗R7の他端
とコンデンサC1の他端はそれぞれ接地されている。
続されている。この抵抗R6の他端にはオペアンプOP2の
（−）入力端子が、可変抵抗R5の他端は接地されてい
る。また、このオペアンプOP2の（＋）入力端子はホッ
トワイヤRHに接続されている。このオペアンプOP2の出
力端子と（−）入力端子との間には、コールドワイヤRC
と抵抗R8との直列回路が挿入接続されている。このオペ
アンプOP2の出力端子は、抵抗R11を介してオペアンプOP
1の（＋）入力端子と、抵抗R14を介して接地されてい
る。また、オペアンプOP2の（−）入力端子には、抵抗R
7とコンデンサC1が接続されており、この抵抗R7の他端
とコンデンサC1の他端はそれぞれ接地されている。
このトランジスタTr1,ホットワイヤRH,コールドワイヤR
C,抵抗R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R
14,コンデンサC1,C5,オペアンプOP1,OP2によって検出素
子であるホットワイヤに流れる空気流量に対応した信号
を出力する検出回路であるフィードバック回路80が構成
されている。
C,抵抗R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R
14,コンデンサC1,C5,オペアンプOP1,OP2によって検出素
子であるホットワイヤに流れる空気流量に対応した信号
を出力する検出回路であるフィードバック回路80が構成
されている。
このフィードバック回路80の抵抗R4には、抵抗R18と、
オペアンプOP3の出力端子が接続されている。この抵抗R
18には、可変抵抗R19と抵抗R20が接続されている。この
抵抗R19の他端は接地されており、抵抗R20の他端は、オ
ペアンプOP4の（−）入力端子が接続されている。
オペアンプOP3の出力端子が接続されている。この抵抗R
18には、可変抵抗R19と抵抗R20が接続されている。この
抵抗R19の他端は接地されており、抵抗R20の他端は、オ
ペアンプOP4の（−）入力端子が接続されている。
オペアンプOP3の出力端子には抵抗R16を介して（−）入
力端子が接続されており、この（−）入力端子は、抵抗
R15とダイオードD1を介して接地されている。また、オ
ペアンプOP3の（＋）入力端子には、抵抗R27を介して電
源電圧が、また、逆方向に接続されるツェナーダイオー
ドZD1を介して接地されている。また、オペアンプOP3の
出力端子には可変抵抗R17が接続されており、この抵抗R
17の他端には、コンデンサC2とツェナーダイオードZD1
のカソードが接続されている。コンデンサC2の他端は接
地されている。このオペアンプOP3は、抵抗R28を介して
電源電圧V+が印加されている。この抵抗R28には、コン
デンサC3とツェナーダイオードZD2のカソードが接続さ
れている。このコンデンサC3の他端とツェナーダイオー
ドZD2のアノードはそれぞれ接地されている。それらに
よって、基準電圧を供給する定電圧回路部である定電圧
回路100を構成している。一方、オペアンプOP4の（−）
入力端子には、可変抵抗R22と抵抗R23の直列回路が接続
されており、この抵抗R23には、逆方向に接続されるツ
ェナーダイオードZD3を介して接地されている。このツ
ェナーダイオードZD3のカソードは、抵抗24を介してオ
ペアンプOP4の出力端子に接続されている。このオペア
ンプOP4の出力端子は抵抗R25を介して接地されている。
また、抵抗R24には抵抗R26が接続されており、この抵抗
R26の他端が出力端子Voとなる。この抵抗R18,R19,R20,R
21,R22,R23,R24,R25,R26,ツェナーダイオードZD3,オペ
アンプOP4によって出力回路部であるスパン回路90が構
成されている。
力端子が接続されており、この（−）入力端子は、抵抗
R15とダイオードD1を介して接地されている。また、オ
ペアンプOP3の（＋）入力端子には、抵抗R27を介して電
源電圧が、また、逆方向に接続されるツェナーダイオー
ドZD1を介して接地されている。また、オペアンプOP3の
出力端子には可変抵抗R17が接続されており、この抵抗R
17の他端には、コンデンサC2とツェナーダイオードZD1
のカソードが接続されている。コンデンサC2の他端は接
地されている。このオペアンプOP3は、抵抗R28を介して
電源電圧V+が印加されている。この抵抗R28には、コン
デンサC3とツェナーダイオードZD2のカソードが接続さ
れている。このコンデンサC3の他端とツェナーダイオー
ドZD2のアノードはそれぞれ接地されている。それらに
よって、基準電圧を供給する定電圧回路部である定電圧
回路100を構成している。一方、オペアンプOP4の（−）
入力端子には、可変抵抗R22と抵抗R23の直列回路が接続
されており、この抵抗R23には、逆方向に接続されるツ
ェナーダイオードZD3を介して接地されている。このツ
ェナーダイオードZD3のカソードは、抵抗24を介してオ
ペアンプOP4の出力端子に接続されている。このオペア
ンプOP4の出力端子は抵抗R25を介して接地されている。
また、抵抗R24には抵抗R26が接続されており、この抵抗
R26の他端が出力端子Voとなる。この抵抗R18,R19,R20,R
21,R22,R23,R24,R25,R26,ツェナーダイオードZD3,オペ
アンプOP4によって出力回路部であるスパン回路90が構
成されている。
このような構成において、ホットワイヤRHに流れる電流
をＩＨとすると、ゼロ・スパン回路90の出力Voは、 となる。いま、ここで、 とおくと、（６）式は、 Vo＝Ｃ・V2−Ｄ・Vs …（７） となる。
をＩＨとすると、ゼロ・スパン回路90の出力Voは、 となる。いま、ここで、 とおくと、（６）式は、 Vo＝Ｃ・V2−Ｄ・Vs …（７） となる。
また、４端子ブリッジの一端をホットワイヤとし、この
ホットワイヤに流れる空気流量をＱとするとホットワイ
ヤの抵抗に発生する電圧V2は一般的に次のように表され
る。
ホットワイヤに流れる空気流量をＱとするとホットワイ
ヤの抵抗に発生する電圧V2は一般的に次のように表され
る。
ここで、A,Bはホットワイヤの発熱量と、空気流量との
関係を実験的に求めた定数である。
関係を実験的に求めた定数である。
V2＝ＩＨ×R1 …（９） である。
従って、ホットワイヤの抵抗に発生する電圧V2は空気流
量Ｑ（kg/h）の４乗根関数で表わされ、A,B,C,D,IＨが
制御回路の構成抵抗等により定まっている。ここで、各
抵抗はそれぞれ温度係数をもっているため、（７）式に
おけるC,D,V2（＝ＩＨ×R1）はモジュールの温度が変化
すると、その温度変化に基づいて変化する。よって、モ
ジュールの温度変化によりV0が変化することになる。そ
の変化量をΔＶとし、（７）式を温度Ｔで微分すると、 となる。ここで、 とすると、 ΔV0＝Ｃ×R1・ΔＩＨ＋ＩＨ・（Ｃ・ΔR1＋R1・ΔＣ）
−Ｄ・ΔVs−Vs・ΔＤ …（11） となる。
量Ｑ（kg/h）の４乗根関数で表わされ、A,B,C,D,IＨが
制御回路の構成抵抗等により定まっている。ここで、各
抵抗はそれぞれ温度係数をもっているため、（７）式に
おけるC,D,V2（＝ＩＨ×R1）はモジュールの温度が変化
すると、その温度変化に基づいて変化する。よって、モ
ジュールの温度変化によりV0が変化することになる。そ
の変化量をΔＶとし、（７）式を温度Ｔで微分すると、 となる。ここで、 とすると、 ΔV0＝Ｃ×R1・ΔＩＨ＋ＩＨ・（Ｃ・ΔR1＋R1・ΔＣ）
−Ｄ・ΔVs−Vs・ΔＤ …（11） となる。
従って、（７）式のC,D,V2（＝ＩＨ×R1）によって生ず
る温度変化量を定電圧回路部の温度係数を考慮した設定
電圧Vsの変化量ΔVsを調整することによりΔV0＝０とす
ることができる。
る温度変化量を定電圧回路部の温度係数を考慮した設定
電圧Vsの変化量ΔVsを調整することによりΔV0＝０とす
ることができる。
本発明によれば、空気流量検出回路の回路モジュールの
温度環境変化に対して高精度の空気流量の検出が可能と
なる。
温度環境変化に対して高精度の空気流量の検出が可能と
なる。
第１図は本発明の空気流量検出装置に用いるツェナーダ
イオードの特性図、第２図は本発明の空気流量検出装置
に用いる定電圧回路の電源に関する一実施例を示す図、
第３図は本発明の空気流量検出装置の一実施例を示す図
である。 〔符号の説明〕 80……フィードバック回路,90……ゼロ・スパン回路,10
0……定電圧回路,RH……ホットワイヤ,ZD1……ツェナー
ダイオード,R17……可変抵抗,OP3……増幅器
イオードの特性図、第２図は本発明の空気流量検出装置
に用いる定電圧回路の電源に関する一実施例を示す図、
第３図は本発明の空気流量検出装置の一実施例を示す図
である。 〔符号の説明〕 80……フィードバック回路,90……ゼロ・スパン回路,10
0……定電圧回路,RH……ホットワイヤ,ZD1……ツェナー
ダイオード,R17……可変抵抗,OP3……増幅器
Claims (1)
- 【請求項１】空気流量を検出するための検出素子を有
し、前記検出素子によって検出された空気流量に対応し
た信号を出力する検出回路部と、前記検出回路部からの
出力信号をその信号が一方の入力端子に入力される第一
の増幅器によって増幅して出力する出力回路部と、前記
第一の増幅器の基準電圧となる設定電圧を発生する定電
圧回路部とを備えた空気流量検出装置において、前記定
電圧回路部は前記第一の増幅器の他方の入力端子に基準
電圧を出力する第二の増幅器と、前記第二の増幅器の入
力端子に接続され、ツェナー電流に応じて温度係数が変
化する特性を有するツェナーダイオードと、前記第二の
増幅器の出力端と前記ツェナーダイオードのカソードと
の間に接続され、前記ツェナー電流を定めるための抵抗
とを有することを特徴とする空気流量検出装置。
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