JP2008002887A - 流れ検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で感温部の周囲温度に関する情報が得られる流れ検出装置を提供する。
【解決手段】流体の流れに起因する温度分布の変化に応じて電気抵抗の変化を生じる感温部と、この感温部に給電する電源部と、前記流れに応じた流れ信号を出力する流れ検出部とを有し、前記感温部は前記流れに応じて互いに有意な相関係数の差を生じるように電気抵抗が変化する対をなす部分を含むものであり、前記流れ検出部はこの対の電気抵抗の状態から前記流れを検出する装置であって、特に前記感温部への給電の状態に基づいて前記感温部の温度に応じた温度信号を出力する温度検出部を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、流体の流れを検出するのに好適な流れ検出装置に関する。

背景技術を述べる前に、先ず本明細書の表記方法について説明する。ここでは流体の流量と流速とを総称して流れと記す。一般に流量は流路断面積（定数）と流速の積として表されるので、流量と流速は互いに変換可能である。また抵抗素子の名称とその抵抗値とを同一の符号で記す（例えば抵抗素子Ｒｕの抵抗値をＲｕと記す）。また電位と電圧は区別せず、全て電圧と記す。また何れの図においても、同じ機能を有する構成要素には共通の符号を付す。

さて流れ検出装置に用いられるフローセンサチップ１は、図７に示すように、半導体プロセス技術を用いてシリコン基台表面に発熱抵抗素子ＲＨと一対の感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄとを測定対象流体（以下、単に流体という）の流れ方向Ｆに並置して形成したものである。即ち、発熱抵抗素子ＲＨを挟んで上流側に感温抵抗素子Ｒｕを配置し、下流側に感温抵抗素子Ｒｄを配置する。そして発熱抵抗素子ＲＨと感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄとの熱的な結合状態（感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄ近傍の温度分布）が流体の流れによって変化することを利用し、これに伴う上記感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値の変化から前記流体の流れを検出する。尚、発熱抵抗素子ＲＨを持たず、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄを自己発熱させる構成のフローセンサチップ（図示せず）もある。

いずれにせよ、流体の流れが速いほど上流側の感温抵抗素子Ｒｕが冷却され下流側の感温抵抗素子Ｒｄが加熱されて、感温抵抗素子Ｒｄ,Ｒｕの対は、流体の流れに応じて互いに逆の相関を呈するように電気抵抗に変化を生じる。例えば温度が高くなるほど電気抵抗が大きくなる金属等の材質で形成された感温抵抗素子の場合、感温抵抗素子Ｒｕの抵抗値が小さくなると共に感温抵抗素子Ｒｄの抵抗値が大きくなる。このような特性を得るために、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄは特に有意な大きさの、安定した抵抗温度係数（以下、ＴＣＲという）を持つ白金、ニクロム、パーマロイ等の材質で形成されており、例えば白金ではＴＣＲ＝３０００［ｐｐｍ／ｄｅｇ］程度に設定されている。

このようなフローセンサチップを用いた流れ検出装置は、例えば図８に示すように２つの感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄを直列接続した感温部２と、２つの基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２を直列接続した基準電圧部３とを並列接続したブリッジ回路を有する。感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄが流体に接触するように、シリコン基台の表面が流路中に露出して配置される。基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２は、他の回路部品と共に後述する回路基板８に搭載される。尚、基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２は、例えば通常の電気回路素子として用いられる抵抗器であり、そのＴＣＲは１００［ｐｐｍ／ｄｅｇ］程度、或いはそれ以下なので、温度による抵抗値の変化を実質的に無視し得る。定電圧供給手段４（電源部）はブリッジ回路の給電端に定電圧Ｖｂを印加する。

このとき、基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の抵抗値を実質的に一定とみなせば、基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の中点の電圧は常に一定の値Ｖｂ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）を示すので、これを基準電圧として用いる。一方、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの中点の電圧Ｖｃ＝Ｖｂ・Ｒｄ／（Ｒｕ＋Ｒｄ）は、流体の流れに応じた感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの変化を反映する。電圧Ｖｃおよび基準電圧を入力された差動増幅器５（流れ検出部）は、これらの差に応じた電圧信号（流れ信号）を出力する。

ところで感温部２を形成する感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄは、流体の流れに応じて抵抗値変化を呈すると共に、これらが置かれた環境の温度からも影響を受けて抵抗値変化を示す。感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄが近接配置されているので、感温部２全体が同じ環境に置かれているものとみなせば、感温部２の置かれた環境の温度（以下、周囲温度という）が流れの検出に影響を与えると言える。上述の例ではＴＣＲの影響によって、例えば図９に実線で示すように周囲温度が高くなるにつれて感度がやや低下する。この現象は高精度の測定を行うときには誤差の要因となる。

これに対して発熱抵抗素子ＲＨと基準抵抗素子ＲＲをフローセンサチップ上に設け、これらの各素子ＲＨ,ＲＲのそれぞれに直列接続された固定抵抗を用いてブリッジ回路を構成し、このブリッジ回路が平衡化するようにその駆動電圧を制御することで上記発熱抵抗素子ＲＨの発熱量を制御すると共に、該駆動電圧とブリッジ出力電圧とから上記基準抵抗素子ＲＲに加わる周囲温度を算出することが提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２００３−１０６８８７号公報

ところで従来、感温部２の置かれた環境の温度が流れの検出に影響を与えるという課題を解決するために、フローセンサチップ上に設けられて周囲温度を検出する基準抵抗素子ＲＲおよびその測定手段を用いている。これに対して発明者等は感温部２の感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値が周囲温度によって変化する点に着目し、この抵抗値から周囲温度に関する情報を求めることに思い至った。即ち、電圧保持部１３から感温部２へ供給される電流が周囲温度とは逆の相関を示すので、電圧保持部１３と感温部２との間に抵抗器を直列に挿入し、この抵抗器の両端電圧からそこに流れる電流を検出することを試みた。しかしながら抵抗器の両端電圧を測定する手段が新たに必要となるので、前述した従来の構成に対して特段の優位性を主張できるものとはいえない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、簡素な構成で感温部の周囲温度に関する情報を得られる流れ検出装置を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る流れ検出装置は、流体の流れに起因する温度分布の変化に応じて電気抵抗の変化を生じる感温部と、この感温部に給電する電源部と、前記流れに応じた流れ信号を出力する流れ検出部とを有し、前記感温部は前記流れに応じて互いに有意な相関係数の差を生じるように電気抵抗が変化する対をなす部分を含むものであり、前記流れ検出部はこの対の電気抵抗の状態から前記流れを検出するものであって、特に前記感温部への給電の状態に基づいて前記感温部の温度に応じた温度信号を出力する温度検出部を有することを特徴としている。

好ましくは前記温度検出部は、前記感温部への給電状態を一定の電圧に保つように構成される。また或いは前記温度検出部は、(ａ)電源端子、反転入力端子、非反転入力端子および出力端子を有し、この出力端子から前記温度信号を出力すると共に前記感温部の給電端に給電する差動増幅器と、(ｂ)前記差動増幅器の非反転入力端子に基準電圧を供給する基準電圧供給部と、(ｃ)その一端を前記差動増幅器の出力端子に接続され、他端を前記差動増幅器の反転入力端子および前記感温部の給電端に接続された帰還抵抗器とを備えることを特徴としている。

また前記感温部については、前記流体の流れる流路の内壁近傍に配置されて前記流体に接触するように設けることが好ましい。更には上述した構成に加えて前記温度信号を用いて前記流れ信号を補正する補正部を設けることが好ましい。

上記構成によれば専用の感温抵抗素子を設けることなく感温部の周囲温度に関する情報を得られ、感温部の温度に起因して生じる流れ検出の誤差を補正することが可能な、簡素な構成の流れ検出装置を実現できる。また温度検出部が温度検出機能と電圧保持機能とを兼ね備えるので、装置の構成を単純化を図ることができる。更には単純な構成によって温度検出部が温度検出と電圧保持とを行うので、装置の構成を極めて単純化できる。また感温部を流路内壁近傍に配置したので単純な形状の流路を採用することが可能であり、更に温度検出部の構成も極めて単純であるため流れ検出装置全体の構成を単純化することができる。これによって流れ検出装置を小型化、低廉化することができる。また感温部の温度に起因する流れ検出の誤差を補正した流れ信号を容易に得られる。

要するに本発明によれば簡素な構成で感温部の周囲温度に関する情報を得ることが可能な流れ検出装置が提供でき、更には感温部の温度に起因して生じる流れ検出の誤差を補正することが可能な流れ検出装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る流れ検出装置について説明する。
本発明の流れ検出装置が適用される熱式気体流量計の全体構成を図１に示す。金属製の本体６はその中央を貫通する流路７を有し、この流路７の上流側および下流側には外部の配管がそれぞれ連結されており、配管を流れる流体が流路７を通過する。流路７の内壁面には、図７に示すようなフローセンサチップ１が固定されている。本体６に固定された回路基板８には電気回路が形成されており、次の機能ブロックを構成する。

即ち、電源部４は、電源端子９、交流直流変換部１０、ヒータ駆動部１１およびセンサ駆動部１２を有する。電源端子９は外部電源からの電力供給線を接続する。交流直流変換部１０は外部電源が交流電源の場合に必要とされ、電圧調整用トランス、整流器、平滑化コンデンサ等を用いて交流電力を直流電力に変換し電気回路全体に電力を供給する。この電源部４に直流電力の電圧を一定に保つための定電圧回路が組み込まれることもある。

ヒータ駆動部１１は発熱抵抗素子ＲＨに供給する電力を調節して発熱抵抗素子ＲＨの発熱を制御する。センサ駆動部１２は電圧保持部１３を有し、感温部２および基準電圧部３に所定の定電圧を供給する。基準電圧部３は前述した基準抵抗Ｒ１,Ｒ２を有する。処理部１４は流れ検出部５、温度検出部１５、補正部１６を有する。補正部１６は流れ検出部５からの流れ信号を、温度検出部１５からの温度信号を用いて補正する。インターフェース部１７は外部と処理部との情報を仲介するものであり、例えば処理部１４に対する同期信号や演算パラメータの設定信号などの外部入力、流量信号や流量表示などの外部出力を司る。

図２を用いて本発明の流れ検出装置の第一の実施形態を説明する。この図２は、流量計の全体構成を示す図１から本発明の流れ検出装置に関する構成要素を抜粋して電気回路図として示したものである。感温部２における感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの直列接続と基準電圧部３における基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の直列接続とは並列接続されてブリッジを構成する。このブリッジは感温抵抗素子Ｒｕと基準抵抗素子Ｒ１との接続点を給電端とし、感温抵抗素子Ｒｄと基準抵抗素子Ｒ２との接続点を接地端とする。感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄは、互いに同じ材質・形状・電気的特性（抵抗値）を持ち、そのＴＣＲは３０００［ｐｐｍ／ｄｅｇ］程度である。

計測対象となる流体の流れに応じて上流側の感温抵抗素子Ｒｕの温度がΔＴ低下し、下流側の感温抵抗素子Ｒｄの温度がΔＴ上昇する。これに伴い、前者の抵抗値は３０００ΔＴ[ｐｐｍ]減少し、後者の抵抗値は３０００・ΔＴ［ｐｐｍ］増加する。即ち、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄは、流体の流れに応じて互いに逆の相関を呈するように電気抵抗が変化する対をなしている。また基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２は、互いに同じ材質・形状・電気的特性（抵抗値）を持つものであり、そのＴＣＲはせいぜい１００［ｐｐｍ／ｄｅｇ］程度であるため、基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の各抵抗値は温度の影響を受けず実質的に一定とみなし得る。

交流直流変換部１０からのブリッジの給電端への給電電圧Ｖｂを常に一定に保つ電圧保持部１３と、感温部２の周囲温度に応じた温度信号を検出する温度検出部１５とは、一つの差動増幅回路（即ち、差動増幅器２０１、帰還抵抗素子Ｒ３、レファレンス電圧供給手段２０２）によって実現される。差動増幅器２０１は一般的なオペアンプであり、大きなゲインを持ち、その入力インピーダンスは大きく、出力インピーダンスは小さい。差動増幅器２０１の電源入力端子には交流直流変換部１０から直流電力が供給される。差動増幅器２０１の出力端子は、帰還抵抗素子Ｒ３を介して、差動増幅器２０１の反転入力端子および前記ブリッジの給電端に接続されている。差動増幅器２０１の非反転入力端子にはレファレンス電圧供給手段２０２からの定電圧Ｖｒが入力されている。レファレンス電圧供給手段２０２は一般的な定電圧回路であり、例えばツェナーダイオードの降伏電圧を利用する回路や３端子レギュレータと称する市販のＩＣ等を用いて実現される。仮に直流交流変換部１０の供給電圧が十分に安定した定電圧であれば、その電圧を適宜に抵抗分割してレファレンス電圧供給手段２０２として用いても良い。

このような差動増幅回路は、作動増幅器２０１の反転入力端子電圧Ｖｂと非反転入力端子電圧Ｖｒとが等しくなるように出力端子電圧Ｖｔを自動調節する帰還作用を持ち、ブリッジへの給電電圧Ｖｂをレファレンス電圧供給手段の定電圧Ｖｒと等しく保つので、電圧保持部１３として機能する。また差動増幅器２０１の反転入力端子および後述の補正部１６はいずれも極めて高い入力インピーダンスを持つので、差動増幅器２０１の出力電流Ｉは実質的に全て帰還抵抗素子Ｒ３を介してブリッジに流れる。

差動増幅器２０１の出力端子電圧Ｖｔは
Ｖt＝Ｖｒ＋Ｉ・Ｒ３
＝Ｖｒ＋[Ｖｒ／（Ｒｕ＋Ｒｄ）＋Ｖｒ／（Ｒ１＋Ｒ２）]・Ｒ３
と表される。ここで、Ｖｒ,Ｒ１.Ｒ２,Ｒ３はそれぞれ一定であり、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値は流体の流れおよび感温部２の周囲温度に応じて変化するので、出力端子電圧Ｖｔは流れおよび周囲温度の関数として表すことができる。従って出力端子電圧Ｖｔから流れの影響を除去すれば、出力端子電圧Ｖｔは周囲温度のみを表す温度信号として利用できる。

流れの影響を除去する方法として最も容易な方法は、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの流れに対するそれぞれの抵抗値変化を逆向きで同じ大きさに設定することである。即ち、流れが生じたとき、感温抵抗素子Ｒｕの抵抗値がΔＲｆ減少すると共に感温抵抗素子Ｒｄの抵抗値がΔＲｆ増加するようにすれば、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの直列接続の合成抵抗値は
Ｒｕ−ΔＲｆ＋Ｒｄ＋ΔＲｆ＝Ｒｕ＋Ｒｄ
となって流れによる抵抗値変化同士が相殺されるので、出力端子電圧Ｖｔは流れの影響を受けない。

また感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの流れによる抵抗値変化どうしが完全には相殺しない場合には、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値は流体の流れの影響と感温部２の周囲温度の影響を両方とも受ける。しかし予め流れと周囲温度とを様々に変化させながら出力端子電圧Ｖｔを測定し、これらの関係について、例えば図１０に示すような補正用のデータを作成しておけば、後述の補正部１６において実際の計測時の出力端子電圧Ｖｔから流れの影響を除去することが可能である。このようにして差動増幅回路は前述の電圧保持部１３としての機能と共に温度検出部１５としても機能する。言い換えれば温度検出部１５は、温度検出機能と共に電圧保持機能を有している。

流れ検出部５は計装アンプからなる差動増幅器であり、ブリッジの基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の中点電圧と感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの中点電圧とが入力されて、両者の差を流れ信号Ｖｓとして出力する。即ち、基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の中点電圧は定電圧Ｖｂを［Ｒ１：Ｒ２］に抵抗分割した電圧であり、一般的にはＶｂ／２である（Ｒ１＝Ｒ２の場合）。また感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの中点電圧は定電圧Ｖｂを［Ｒｕ：Ｒｄ］に抵抗分割した電圧であり、流体の流れが無いときには一般的にはＶｂ／２である（Ｒｕ＝Ｒｄの場合）。

流れによって感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄに抵抗値変化−ΔＲ,ΔＲがそれぞれ発生すると、これらの中点電圧は定電圧Ｖｂを［Ｒｕ−ΔＲ：Ｒｄ＋ΔＲ］に抵抗分割した電圧に変化する。ここで感温部２の周囲温度変化により感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄに抵抗値変化ΔＲＴ,ΔＲＴが発生すると、これらの中点電圧は定電圧Ｖｂを［Ｒｕ−ΔＲ＋ΔＲＴ：Ｒｄ＋ΔＲ＋ΔＲＴ］に抵抗分割した電圧に変化し、周囲温度の変化による誤差を含む。尚、前述した通り、基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２の各抵抗値は温度の影響を受けず、その中点電圧は変化しない。

補正部１６は、コンピュータのプログラムによって実現される。即ち、温度検出部１５からの温度信号Ｖｔを用いて、流れ検出部５からの流れ信号Ｖｓを補正して、周囲温度による影響を除去する。補正用のデータは、感温部２の周囲温度および流体の流れを様々に変化させて計測した温度信号Ｖｔおよび流れ信号Ｖｓから作成してメモリに記憶させてある。また前述した温度信号Ｖｔを補正するためのデータ（図１０）も同様にメモリに記憶させておくことが望ましい。

以上のように本発明の第一の実施形態によれば、感温部への給電の状態から感温部の周囲温度に関する情報を得られる。また温度検出機能と電圧保持機能とを兼ねる構成を採るので、装置の構成を単純化できる。更に感温部を流路内壁近傍に配置した単純な形状の流路に本発明の流れ検出装置を適用すれば、温度検出部の構成も極めて単純であるため、流れ検出装置全体の構成を単純化することができる。これによって流れ検出装置を小型化、低廉化することができる。

次に図３を用いて本発明の第二の実施形態を説明する。この実施形態は前述の第一の実施形態とはブリッジの構成のみが異なり、その余は同じ構成を採る。即ち、基準抵抗素子Ｒ１および感温抵抗素子Ｒｕが一方の直列接続をなし、基準抵抗素子Ｒ２および感温抵抗素子Ｒｄが他方の直列接続をなし、これらが並列接続されてブリッジを形成する。給電側に配置された基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２が基準電圧部３０３をなし、接地側に配置された感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄが感温部３０２をなす。基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２が互いに同じ材質・形状・電気的特性（抵抗値）を持ち、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄが互いに同じ材質・形状・電気的特性（抵抗値）を持つことが望ましい。

この場合、差動増幅器２０１の出力端子電圧Ｖｔは
Ｖt＝Ｖｒ＋Ｉ・Ｒ３
＝Ｖｒ＋[Ｖｒ／（Ｒ１＋Ｒｕ）＋Ｖｒ／（Ｒ２＋Ｒｄ）]・Ｒ３
と表される。感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値は流体の流れの影響と感温部２の周囲温度の影響とを両方とも受ける。しかし予め流れと周囲温度とを様々に変化させながら出力端子電圧Ｖｔを測定し、図１０に示すような補正用のデータを作成しておけば、前述した補正部１６において実際の計測時の出力端子電圧Ｖｔから流れの影響を除去することが可能である。

次に図４を用いて本発明の第三の実施形態を説明する。この実施形態は、前述した第一の実施形態とは流れ検出部４０５の具体的構成および基準電圧部３への給電方法のみが異なり、その余は同じ構成を採る。即ち、流れ検出部４０５に安価なオペアンプを用い、基準電圧部３への給電をレファレンス電圧供給手段２０２から行う構成を採る。基準電圧部３への給電をレファレンス電圧供給手段２０２から行うのは、オペアンプの安定動作を期しての帰還抵抗素子Ｒｆの制約により基準電圧部３の基準抵抗素子Ｒ１，Ｒ２の抵抗値を比較的小さめに設定する必要があるからである。このとき図２のように基準電圧部３に差動増幅器２０１の出力端子から帰還抵抗素子Ｒ３を介して電流を供給すると、帰還抵抗Ｒ３を流れる電流のうち、基準電圧部３に流れる電流が増加し、感温部２に流れる電流の比率が相対的に小さくなって、流れ検出のＳＮ比が悪化してしまう。

これを防ぐため、図４のように差動増幅器２０１の出力端子から帰還抵抗Ｒ３を介して感温部３のみに電流を供給するようにしている。この場合、差動増幅器２０１の出力電圧Ｖｔは
Ｖt＝Ｖｒ＋Ｉ・Ｒ３
＝Ｖｒ＋Ｖｒ／（Ｒｕ＋Ｒｄ）・Ｒ３
と表される。

流れの影響を除去する方法として最も容易な方法は、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの流れに対する抵抗値変化を逆向きで同じ大きさに設定することである。即ち、流れが生じると感温抵抗素子Ｒｕの抵抗値がΔＲｆ減少すると共に感温抵抗素子Ｒｄの抵抗値がΔＲｆ増加するようにすれば、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの直列接続の合成抵抗値は
Ｒｕ−ΔＲｆ＋Ｒｄ＋ΔＲｆ＝Ｒｕ＋Ｒｄ
となって抵抗値変化同士が相殺するので、出力端子電圧Ｖｔは流れの影響を受けない。

また感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの流れに対する抵抗値変化が相殺しないものである場合、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値は流体の流れの影響と感温部２の周囲温度の影響を両方とも受ける。しかし予め流れと周囲温度とを様々に変化させながら出力端子電圧Ｖｔを測定して図１０に示すような補正用のデータを作成しておけば、前述した補正部１６において実際の計測時の出力端子電圧Ｖｔから流れの影響を除去することが可能である。

次に図５を用いて本発明の第四の実施形態を説明する。この実施形態は前述の第三の実施形態とはブリッジの構成のみが異なり、その余は同じ構成を採る。即ち、基準抵抗素子Ｒ１および感温抵抗素子Ｒｕが一方の直列接続をなし、基準抵抗素子Ｒ２および感温抵抗素子Ｒｄが他方の直列接続をなし、これらが並列接続されてブリッジを形成している。給電側に配置された基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２が基準電圧部５０３をなし、接地側に配置された感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄが感温部５０２をなす。基準抵抗素子Ｒ１,Ｒ２が互いに同じ材質・形状・電気的特性（抵抗値）を持ち、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄが互いに同じ材質・形状・電気的特性（抵抗値）を持つことが望ましい。

ここで差動増幅器２０１の出力端子電圧Ｖｔは
Ｖt＝Ｖｒ＋Ｉ・Ｒ３
＝Ｖｒ＋Ｖｒ／（Ｒ１＋Ｒｕ）・Ｒ３
と表される。感温抵抗素子Ｒｕの抵抗値は流体の流れの影響と感温部２の周囲温度の影響を両方とも受けるが、前述したように予め流れと周囲温度とを様々に変化させながら出力端子電圧Ｖｔを測定して図１０に示すような補正用のデータを作成しておけば、前じ゜ゅつした補正部１６において実際の計測時の出力端子電圧Ｖｔから流れの影響を除去することが可能である。

次に、図６を用いて本発明の第五の実施形態を説明する。この実施形態は前述の第一の実施形態における電圧供給手段２０２とは別に、電源供給手段６０１を加えたものであり、その余は同じ構成を採る。即ち、電源部１０から差動増幅器２０１を介してブリッジへ供給すべき電流が不足する場合（例えば、フローセンサチップ上に発熱抵抗素子ＲＨを有せず、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの自己発熱を利用する場合）、別の電源供給手段６０１から電流制限抵抗素子を介してブリッジの給電端へ電流を供給する。尚、流れ検出機能および温度検出機能は第一の実施形態とほぼ同様であるので、詳述を省略する。

上記においては、感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄの抵抗値が流れに対して逆に変化する（Ｒｕが減少すると共にＲｄが増加する）ものとして説明したが、これに限定されない。例えば流れに応じて抵抗値Ｒｕ,Ｒｄが共に増加するが、Ｒｕの変化が小さく、Ｒｄの変化が大きいものであっても構わない。要するに抵抗値ＲｕとＲｄとが流れに対して同様に変化するものでなく、且つ両者を比較して検出可能なだけの有意な差異が生じる（即ち、有意な相関係数の差を生じる）ものであれば本発明の技術的範囲に属する。

尚、上述においては説明を簡単にするために感温部が二つの感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄで構成されているものとしたが、これに限定されるものではない。例えば複数の素子が直列あるいは並列に接続されて一体として感温抵抗素子Ｒｕ相当の構成をなし、複数の素子が直列あるいは並列に接続されて一体として感温抵抗素子Ｒｄ相当の構成をなすものであっても、これらが電気抵抗変化を呈する対として機能するものであれば本発明の技術的範囲に属する。

また本発明は装置の簡素化を旨とするものであるが、本発明にフローセンサチップ上に設けられる周囲温度検出用の感温抵抗素子（特許文献１の基準抵抗ＲＲに相当するもの）を併用することを否定するものではない。即ち、前述の図７に示すフローセンサチップに本発明を適用すると共に周囲温度検出用の感温抵抗素子を用いれば、感温部の周囲温度の情報を感温抵抗素子Ｒｕ,Ｒｄから得ると共に、感温部から離れた位置の周囲温度の情報を周囲温度検出用の感温抵抗素子から得ることができる。これにより更に安定した測定を行うべく、二つの周囲温度の差が最も小さくなるようなフローセンサチップの設置位置を見出したり、より高精度な測定を行うために二つの周囲温度情報を用いて測定値を補正したりすることが可能である。このような実施形態も本発明の技術的範囲に属する。

更に前述の実施形態においては図７に示すようなフローセンサチップを例示して説明したが、流体の流れに応じて電気抵抗が変化する対を備えるものであればこれに限らない。例えば流路から分岐させて設けられた細径のバイパス流路にＴＣＲの大きい金属線を巻きつけて感温抵抗素子を形成した構成のもの（いわゆるキャピラリ・チューブ型）であっても本発明の技術的範囲に属する。

要するに本発明の主旨を損なわずになされた種々の変形は、依然として本発明の技術的範囲に属するものである。

本発明に係る流れ検出装置を適用した熱式流量計の全体構成図。 本発明の第一の実施形態に係る流れ検出装置の構成図。 本発明の第二の実施形態に係る流れ検出装置の構成図。 本発明の第三の実施形態に係る流れ検出装置の構成図。 本発明の第四の実施形態に係る流れ検出装置の構成図。 本発明の第五の実施形態に係る流れ検出装置の構成図。 フローセンサチップの概略構成を模式的に示す斜視図。 従来の流れ検出装置の構成図。 温度と感度の関係を示す図。 温度と温度信号の関係を示す図。

符号の説明

１ フローセンサチップ
２ 感温部
３ 基準電圧部
４ 電源部
５ 流れ検出部
６ 本体
７ 流路
８ 回路基板
９ 電源端子
１０ 交流直流変換部
１１ ヒータ駆動部
１２ センサ駆動部
１３ 電圧保持部
１４ 処理部
１５ 温度検出部
１６ 補正部
１７ インターフェース部
２０１ 差動増幅器
２０２ レファレンス電圧供給手段
３０２ 感温部
３０３ 基準電圧部
４０５ 流れ検出部
５０２ 感温部
５０３ 基準電圧部
６０１ 電源供給手段

Claims (5)

1. 流体の流れに起因する温度分布の変化に応じて電気抵抗の変化を生じる感温部と、この感温部に給電する電源部と、前記流れに応じた流れ信号を出力する流れ検出部とを有し、前記感温部は前記流れに応じて互いに有意な相関係数の差を生じるように電気抵抗が変化する対をなす部分を含むものであり、前記流れ検出部はこの対の電気抵抗の状態から前記流れを検出するものである流れ検出装置において、
   前記感温部への給電の状態に基づいて前記感温部の温度に応じた温度信号を出力する温度検出部を有することを特徴とする流れ検出装置。
2. 前記温度検出部は、前記感温部への給電状態を一定の電圧に保つものである請求項１に記載の流れ検出装置。
3. 前記温度検出部は、
   電源端子、反転入力端子、非反転入力端子および出力端子を有し、この出力端子から前記温度信号を出力すると共に前記感温部の給電端に給電する差動増幅器と、
   前記差動増幅器の非反転入力端子に基準電圧を供給する基準電圧供給部と、
   その一端を前記差動増幅器の出力端子に接続され、他端を前記差動増幅器の反転入力端子および前記感温部の給電端に接続された帰還抵抗器と
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の流れ検出装置。
4. 前記感温部は前記流体の流れる流路の内壁近傍に配置されて前記流体に接触するものである請求項３に記載の流れ検出装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の流れ検出装置において、
   更に前記温度信号を用いて前記流れ信号を補正する補正部を有することを特徴とする流れ検出装置。