專利名稱：熱式流量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量流體的流量的發(fā)熱電阻式的熱式流量測(cè)量裝置，尤其涉及使用于內(nèi)燃機(jī)的流量傳感器、或者燃料電池系統(tǒng)的流量傳感器等的熱式流量測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，作為設(shè)置于汽車等的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣通路中的、測(cè)定吸入空氣量的空氣流量傳感器，由于熱式的空氣流量傳感器可以直接檢測(cè)質(zhì)量空氣量，所以成為主流。最近特別是通過半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)制造的空氣流量傳感器，因?yàn)榫哂懈咚夙憫?yīng)性或者也可以利用該響應(yīng)性的速度進(jìn)行逆流檢測(cè)，所以受到矚目。
作為該熱式的空氣流量傳感器，公知的有加熱控制熱式電阻體，通過發(fā)熱電阻體的散熱量來測(cè)量流量的空氣流量傳感器；和加熱控制發(fā)熱電阻體，通過配置于發(fā)熱電阻體的附近的感溫電阻體的溫度變化來測(cè)量流量的空氣流量傳感器等發(fā)熱電阻式的熱式流量測(cè)量裝置。
在利用該發(fā)熱電阻體進(jìn)行的流量檢測(cè)中，發(fā)熱電阻體自身的電阻值因老化而變化，靈敏度特性因該電阻值的變化而變化，從而流量信號(hào)的值變化。
因此，在專利文獻(xiàn)1中，提出了如下的方法為了修正因該發(fā)熱電阻體自身的電阻值的變化而導(dǎo)致的流量特性的變化，設(shè)置修正電路，從而輸出流量的值不受到加熱電阻的特性變化的影響。
專利文獻(xiàn)1日本特公平6-63801但是，根據(jù)專利文獻(xiàn)1公開的技術(shù)，必須設(shè)置修正電路，從而有如下的問題電路結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，傳感器構(gòu)造復(fù)雜化。
并且，通常為了防止發(fā)熱電阻體的老化，只要降低發(fā)熱電阻體的加熱溫度即可，但是在降低加熱溫度的情況下，因?yàn)閭鞲衅鞯撵`敏度也只降低下降的量，所以即使是發(fā)熱電阻體的稍微的老化，輸出特性也較大地變化，因此不能夠抑制因發(fā)熱電阻體的老化而導(dǎo)致的流量特性的變化。
進(jìn)而，在實(shí)際使用的車中最嚴(yán)酷的溫度環(huán)境條件是如下的情況，如高速行駛或者爬坡行駛等高負(fù)荷行駛后的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等那樣，吸氣溫度因發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射熱而上升，并且由于流量也少，所以發(fā)熱電阻體的溫度上升，從而期望的是即使在這樣的環(huán)境條件下、也難以老化的熱式流量測(cè)量裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)一種熱式流量測(cè)量裝置，其不用使電路或者傳感器的構(gòu)造復(fù)雜化，即使在高負(fù)荷行駛后的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等嚴(yán)酷的環(huán)境條件下，也可以減輕發(fā)熱電阻體的污損，并且可以減少因老化而導(dǎo)致的測(cè)量誤差。
本發(fā)明的熱式流量測(cè)量裝置具有配置于基板的薄壁部上的發(fā)熱電阻體、和驅(qū)動(dòng)發(fā)熱電阻體使得該發(fā)熱電阻體成為設(shè)定加熱溫度的電橋電路，形成電橋電路的各邊的電阻元件是感溫電阻體，至少一個(gè)感溫電阻體的一部分或者全部被配置于薄壁部上，且被配置于發(fā)熱電阻體的附近，接受來自發(fā)熱電阻體的熱影響，隨著流體的流量變大，設(shè)定加熱溫度變高。以此，使發(fā)熱電阻體的加熱溫度具有流量依存性。
根據(jù)本發(fā)明，可以不會(huì)使電路或者傳感器的構(gòu)造復(fù)雜化，將處于怠速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)熱電阻體的加熱溫度抑制得較低，越是高流量就可以越提高加熱溫度，能夠減輕發(fā)熱電阻體的污損，可以減輕因老化而導(dǎo)致的輸出特性的變化。


圖1是應(yīng)用本發(fā)明的熱式流量測(cè)量裝置的內(nèi)燃機(jī)、特別是汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)作控制系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的熱式流量測(cè)量裝置的概略結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的熱式流量傳感器元件的配線圖案圖；圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的包括熱式流量傳感器元件的電路圖；圖5是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的發(fā)熱電阻體的加熱溫度相對(duì)于流量的變化的圖；圖6是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，來表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式中的上游側(cè)溫度傳感器和下游側(cè)溫度傳感器的溫度變化相對(duì)于流量的圖；圖7是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，來表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的輸出特性的圖；圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的熱式流量傳感器元件的配線圖案圖；圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的熱式流量傳感器元件的配線圖案圖；圖10是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的包括熱式流量傳感器元件的電路圖；圖11是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的熱式流量傳感器元件的配線圖案圖；圖12是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的包括熱式流量傳感器元件的電路圖；圖13是本發(fā)明的第五實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的熱式流量傳感器元件的配線圖案圖；圖14是本發(fā)明的第五實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置的包括熱式流量傳感器元件的電路圖。
圖中，1-熱式流量測(cè)量裝置；2-基板；3-殼體；4-電路基板；5-主管；6-流體流；7-薄壁部；10、14、18-發(fā)熱電阻體；11、12、13、14、15、16、17、19、20、21、22、23、24、25-感溫電阻體；26-熱式流量傳感器元件；41、44、47-差動(dòng)放大器；51-電極。
具體實(shí)施例方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施方式。
通過圖1～圖7說明本發(fā)明的第一實(shí)施方式。
圖1是應(yīng)用本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)作控制系統(tǒng)的主要部分概略結(jié)構(gòu)圖。
在圖1中，從空氣過濾器100吸入的吸入空氣6，經(jīng)由配置有熱式流量測(cè)量裝置1的主管5、吸氣管道(duct)103、以及具有節(jié)氣閥體104和供給燃料的噴射器(燃料噴射閥)105的進(jìn)氣歧管(intake manifold)106，被吸入到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸107中。然后，在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸107產(chǎn)生的氣體108經(jīng)由排氣歧管109被排出到外部。
熱式流量測(cè)量裝置1被設(shè)置于發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)的空氣過濾器100和節(jié)氣閥體104之間。向控制單元114發(fā)送從熱式流量測(cè)量裝置1輸出的空氣流量信號(hào)、吸入空氣溫度信號(hào)、從節(jié)氣閥角度傳感器111輸出的節(jié)氣閥角度信號(hào)、從設(shè)置于排氣歧管109的氧氣濃度計(jì)112輸出的氧氣濃度信號(hào)、以及從發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度計(jì)113輸出的發(fā)動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)速度信號(hào)等。
控制單元114逐次運(yùn)算被發(fā)送的信號(hào)，求出最優(yōu)的燃料噴射量和怠速空氣控制閥開度，并使用該值來控制噴射器105以及怠速空氣控制閥115。
圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的概略結(jié)構(gòu)圖。
在圖2中，熱式流量測(cè)量裝置1由以下構(gòu)成殼體3；配置于殼體3內(nèi)部的電路基板4；連接于殼體3的前端部且設(shè)置于圓筒形的主管5內(nèi)的副通路52；以及配置于該副通路52內(nèi)的熱式流量傳感器元件26。副通路52的形狀有方形或者螺旋狀等各種各樣的形狀。
圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的熱式流量傳感器元件26的配線圖案圖。
在圖3中，熱式流量傳感器元件26由以下構(gòu)成半導(dǎo)體基板2；形成于該半導(dǎo)體基板2上的大致中央部的薄壁部7；發(fā)熱電阻體10；由與發(fā)熱電阻體10完全相同的材料形成的感溫電阻體11、12、13；上游側(cè)溫度傳感器30以及下游側(cè)溫度傳感器31。各自的電阻體連接于用于與外部電連接的由鋁等構(gòu)成的電極51。另外，圖3中所示的箭頭記號(hào)表示流體流6的方向。
半導(dǎo)體基板2由硅等材料形成，半導(dǎo)體基板2的大小約是2.5mm×6mm×0.5mm，形成于半導(dǎo)體基板2上的薄壁部7的大小是0.5mm×1mm，厚度約為0.002mm。
并且，感溫電阻體11、12、13優(yōu)選利用相同的工序同時(shí)形成，由此各感溫電阻體11、12、13的電阻溫度系數(shù)相同，可以減輕各感溫電阻體11、12、13的溫度特性和流量特性等的偏差。并且，同樣地，也優(yōu)選利用與感溫電阻體11、12、13相同的工序同時(shí)形成上游側(cè)溫度傳感器30以及下游側(cè)溫度傳感器31，以此可以有利于成本的降低。
作為感溫電阻體11、12、13的具體的材質(zhì)，使用多晶硅電阻體、對(duì)單晶硅摻雜雜質(zhì)而得到的電阻體、鉑、鎳、鎢、鈦等。
半導(dǎo)體基板2的薄壁部7形成為如圖3所示的虛線部分，在該薄壁部7配置有發(fā)熱電阻體10、上游側(cè)溫度傳感器30、下游側(cè)溫度傳感器31以及感溫電阻體13的一部分。
上游側(cè)溫度傳感器30配置于發(fā)熱電阻體10的上游側(cè)，下游側(cè)溫度傳感器31配置于發(fā)熱電阻體10的下游側(cè)。感溫電阻體13是位于在后述的如圖4所示的電橋電路中與發(fā)熱電阻體10對(duì)角的位置的電阻，并被配置于接受發(fā)熱電阻體10的熱影響的位置。
圖4是包括如圖3所示的熱式流量傳感器元件26的電路圖。
在圖4中，包括熱式流量傳感器元件26的電路由以下構(gòu)成發(fā)熱電阻體10；感溫電阻體11、12、13；差動(dòng)放大器41、44；晶體管45；上游側(cè)溫度傳感器30；下游側(cè)溫度傳感器31；以及固定電阻61、62。
發(fā)熱電阻體10與感溫電阻體11、12、13構(gòu)成電橋電路，發(fā)熱電阻體10和感溫電阻體12相互串聯(lián)地連接，感溫電阻體11和13相互串聯(lián)地連接。而且，串聯(lián)連接的發(fā)熱電阻體10以及感溫電阻體12、和串聯(lián)連接的感溫電阻體11以及13相互并聯(lián)地連接。發(fā)熱電阻體10和感溫電阻體11的連接點(diǎn)連接于晶體管45的發(fā)射極。發(fā)熱電阻體10和感溫電阻體12的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器41的一方的輸入端子，感溫電阻體11和13的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器41的另一方的輸入端子。而且，差動(dòng)放大器41的輸出端子連接于晶體管45的基極。
發(fā)熱電阻體10的加熱溫度，是基于感溫電阻體11、12、13的電阻值而確定的，通過差動(dòng)放大器41和晶體管45的反饋控制，相對(duì)于周圍溫度被加熱控制為大致一定的溫度差ΔT。
具體地說，例如在發(fā)熱電阻體10的ΔT被控制為100℃的情況下，在周圍溫度是20℃時(shí)，發(fā)熱電阻體10被加熱控制為約120℃，在周圍溫度是100℃時(shí)，發(fā)熱電阻體10被加熱控制為約200℃。
配置于發(fā)熱電阻體10的上下游的上下游溫度傳感器30、31與固定電阻61、62一起構(gòu)成溫度傳感器電橋電路，上游側(cè)溫度傳感器30和固定電阻61相互串聯(lián)地連接，下游側(cè)溫度傳感器31和固定電阻62相互串聯(lián)地連接。而且，串聯(lián)連接的溫度傳感器30以及電阻61、和串聯(lián)連接的溫度傳感器31以及電阻62相互并聯(lián)地連接。溫度傳感器30和電阻61的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器44的一方的輸入端子，溫度傳感器31和電阻62的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器44的另一方的輸入端子。差動(dòng)放大器44的輸出供給到端子70。即，與上下游的溫度傳感器30和31相互的溫度差相對(duì)應(yīng)的電位差被差動(dòng)放大器44放大，并供給到熱式流量測(cè)量裝置1的輸出端子70。
另外，如圖4所示的虛線部分表示薄壁部7，表示如下的情況在薄壁部7配置發(fā)熱電阻體10、位于電橋電路上的對(duì)角的感溫電阻體13的一部分、以及上下游的溫度傳感器30、31。
如圖3、圖4所示，在電橋電路上，將位于與發(fā)熱電阻體10對(duì)角的位置的感溫電阻體13的一部分配置于薄壁部7，從而形成接受發(fā)熱電阻體10的熱影響的構(gòu)造，以此發(fā)熱電阻體10的加熱溫度具有流量依存性。
即，在無風(fēng)狀態(tài)或者微風(fēng)區(qū)域，發(fā)熱電阻體10的熱經(jīng)由薄壁部7傳遞到感溫電阻體13，從而加熱感溫電阻體13。若加熱感溫電阻體13，則電橋電路的平衡條件變化，發(fā)熱電阻體10的加熱溫度下降。
另一方面，因?yàn)槿绻髁看髣t在發(fā)熱電阻體10產(chǎn)生的熱變得難以傳遞給感溫電阻體13，所以發(fā)熱電阻體10的加熱溫度上升。使用

該狀態(tài)。
圖5是表示發(fā)熱電阻體10的加熱溫度相對(duì)于流量的變化的圖。
在圖5中，橫軸表示流量Q(kg/h)，縱軸表示發(fā)熱電阻體10的溫度(℃)。如圖5所示，發(fā)熱電阻體10的加熱溫度，在流量低的區(qū)域被加熱控制為約100℃，相對(duì)于此，在高流量區(qū)域被加熱控制為125℃。這樣，通過使發(fā)熱電阻體10的加熱溫度具有流量依存性，從而改善高流量區(qū)域的靈敏度。以下說明該狀態(tài)。
圖6是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，來表示上游側(cè)溫度傳感器30和下游側(cè)溫度傳感器31的溫度變化的圖。
在圖6中，(a)表示本發(fā)明的上游側(cè)溫度傳感器30的相對(duì)于流量的溫度變化，(c)表示該下游側(cè)溫度傳感器31的溫度變化。并且，(b)表示現(xiàn)有的上游側(cè)溫度傳感器的相對(duì)于流量的溫度變化，(d)表示該下游側(cè)溫度傳感器的溫度變化。
若比較(a)和(b)，則可以知道，本發(fā)明的上游側(cè)溫度傳感器30的加熱溫度具有流量依存性。并且，上游側(cè)溫度傳感器30和下游側(cè)溫度傳感器31的溫度差越大，則熱式流量測(cè)量裝置1的輸出端子70的信號(hào)變得越大。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在本發(fā)明中，在高流量區(qū)域的靈敏度提高。
圖7是與現(xiàn)有技術(shù)相比較，來表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的輸出特性的圖。
在圖7中，(X)表示本發(fā)明的熱式流量測(cè)量裝置1的輸出特性，(Y)表示現(xiàn)有技術(shù)的輸出特性。
若比較(X)和(Y)，則雖然在低流量區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明沒有明顯差別，幾乎相同，不過在高流量區(qū)域，本發(fā)明的輸出變大。因此，可以知道，通過應(yīng)用本發(fā)明，可以改善高流量區(qū)域的靈敏度。
進(jìn)而，在將本發(fā)明使用于內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣量檢測(cè)的情況下，特別是對(duì)于因熱而導(dǎo)致的發(fā)熱電阻體10的老化、或者因雨天時(shí)的水滴附著而導(dǎo)致的精度降低、污損，是有效果的。
在實(shí)際使用的車中最嚴(yán)酷的溫度環(huán)境條件是如下的情況，如高速行駛或者爬坡行駛等高負(fù)荷后的怠速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)等那樣，吸氣溫度因發(fā)動(dòng)機(jī)的輻射熱而上升。在這樣的情況下，在現(xiàn)有技術(shù)中，若吸氣溫度上升，則與其相對(duì)應(yīng)，雖然發(fā)熱電阻體10的加熱溫度上升，不過在應(yīng)用了本發(fā)明的情況下，可以不使靈敏度降低，且可以通過微風(fēng)將加熱溫度抑制得較低。
另外，雨天時(shí)水滴有可能經(jīng)過吸氣管而附著于熱式流量傳感器元件26，特別是在高流量區(qū)域，水滴容易分散并附著。若水滴附著，則有可能不能夠進(jìn)行正確的流量檢測(cè)，不過在應(yīng)用了本發(fā)明的情況下，因?yàn)榭梢蕴岣吒吡髁刻幍募訜釡囟龋运坞y以附著，從而可以防止精度降低。
并且，在怠速流量那樣的微風(fēng)區(qū)域，碳顆粒之類的微小物質(zhì)因熱徙動(dòng)現(xiàn)象而容易附著，另外，在高流量區(qū)域，比較大的土壤成分之類的物質(zhì)容易碰撞附著。
因?yàn)闇囟炔钤酱鬅後銊?dòng)現(xiàn)象越容易產(chǎn)生，所以為了抑制碳顆粒等微少顆粒的附著，發(fā)熱電阻體10的加熱溫度越低越好。但是，若發(fā)熱電阻體10的加熱溫度過低，則油蒸汽等變得容易附著。因此，無風(fēng)的怠速流量的加熱溫度優(yōu)選是100℃前后。
另一方面，在風(fēng)速為50m/s的高流量區(qū)域，因?yàn)橥ǔ＆越大，越難以污損，所以通過應(yīng)用本發(fā)明，可以防止污損。
根據(jù)如以上構(gòu)成的本發(fā)明的第一實(shí)施方式，不會(huì)使電路或者傳感器的構(gòu)造復(fù)雜化，通過使發(fā)熱電阻體10的加熱溫度具有流量依存性，以此可以改善高流量區(qū)域的靈敏度，進(jìn)而能夠防止因發(fā)熱電阻體10的熱而導(dǎo)致的電阻值的老化，減少因老化而導(dǎo)致的測(cè)定誤差，并防止因雨天時(shí)的水滴附著而導(dǎo)致的精度下降、以及因熱徙動(dòng)現(xiàn)象等而導(dǎo)致的污損。
另外，在此，感溫電阻體13為一部分被配置于薄壁部7，不過也可以根據(jù)需要，形成為全部配置于薄壁部7。
并且，在圖3中，感溫電阻體13被配置于上下游的恰好中央附近，不過并不限定于此，只要是接受發(fā)熱電阻體的熱的位置即可，沒有特別的限定。
接著，通過圖8說明本發(fā)明的第二實(shí)施方式。
圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的熱式流量傳感器元件26的配線圖案圖。
在圖8中，熱式流量傳感器元件26形成為如下構(gòu)造位于與圖4所示的電橋電路中的發(fā)熱電阻體10對(duì)角的位置的感溫電阻體13的一部分配置于薄壁部7的上游側(cè)，接受發(fā)熱電阻體10的熱影響。關(guān)于其它結(jié)構(gòu)，與本發(fā)明的第一實(shí)施方式相同。
本發(fā)明的第一實(shí)施方式的如圖1所示的感溫電阻體13是配置于與發(fā)熱電阻體10的配置位置同樣的上下游的中央附近的構(gòu)造，相對(duì)于此，本發(fā)明的第二實(shí)施方式的感溫電阻體13，如圖8所示，配置于發(fā)熱電阻體10的上游側(cè)。
這樣，通過形成將感溫電阻體13配置于發(fā)熱電阻體10的上游側(cè)的結(jié)構(gòu)，與第一實(shí)施方式相比，越是高流量，感溫電阻體13越被冷卻，因此，可以進(jìn)一步使高流量的靈敏度提高。
根據(jù)如以上構(gòu)成的本發(fā)明的第二實(shí)施方式，也可以得到與本發(fā)明的第一實(shí)施方式相同的效果。
利用圖9、圖10說明本發(fā)明的第三實(shí)施方式。
圖9是本發(fā)明的第三實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的熱式流量傳感器元件26的配線圖案圖。
在圖9中，熱式流量傳感器元件26由以下構(gòu)成半導(dǎo)體基板2；形成于該半導(dǎo)體基板2上的大致中央部的薄壁部7；發(fā)熱電阻體10；以及由與發(fā)熱電阻體10相同的材料形成的感溫電阻體11、12、13。各個(gè)電阻體連接于用于與外部電連接的由鋁等構(gòu)成的電極51。另外，圖9中所示的箭頭記號(hào)表示流體流6的方向。
半導(dǎo)體基板2的薄壁部7形成為如圖9所示的虛線部分，在該薄壁部7配置有發(fā)熱電阻體10和感溫電阻體13的一部分。感溫電阻體13是在后述的圖10所示的電橋電路中位于與發(fā)熱電阻體10對(duì)角的位置的電阻，并被配置于接受發(fā)熱電阻體10的熱影響的位置。另外，半導(dǎo)體基板2以及其它元件的材質(zhì)等與本發(fā)明的第一實(shí)施方式相同。
圖10是包括如圖9所示的熱式流量傳感器元件26的電路圖。
在圖10中，包括熱式流量傳感器元件26的電路由以下構(gòu)成發(fā)熱電阻體10；感溫電阻體11、12、13；差動(dòng)放大器41；以及晶體管45，它們的連接關(guān)系與如圖4所示的包括發(fā)熱電阻體10的電橋電路相同。
因而，發(fā)熱電阻體10的加熱溫度是基于感溫電阻體11、12、13的電阻值而確定的，并通過差動(dòng)放大器41和晶體管45的反饋控制，相對(duì)于周圍溫度被加熱控制為大致一定的溫度差ΔT。并且，發(fā)熱電阻體10和感溫電阻體12的連接點(diǎn)連接于端子70，使用端子70的信號(hào)作為熱式流量測(cè)量裝置1的輸出，使用發(fā)熱電阻體10的消耗電流作為流量輸出。
根據(jù)如以上構(gòu)成的本發(fā)明的第三實(shí)施方式，越是高流量就越可以提高熱式流量測(cè)量裝置1的發(fā)熱電阻體10的加熱溫度，從而可以得到與本發(fā)明的第一實(shí)施方式同樣的效果。
另外，在此，感溫電阻體13為一部分被配置于薄壁部7，不過也可以根據(jù)需要，形成為全部配置于薄壁部7。
并且，在圖9中，感溫電阻體13被配置于上下游的恰好中央附近，不過并不限定于此，只要是接受發(fā)熱電阻體10的熱的位置即可，沒有特別的限定。
通過圖11、圖12說明本發(fā)明的第四實(shí)施方式。
圖11是本發(fā)明的第四實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的熱式流量傳感器元件26的配線圖案圖。
在圖11中，熱式流量傳感器元件26由以下構(gòu)成半導(dǎo)體基板2；形成于該半導(dǎo)體基板2上的大致中央部的薄壁部7；發(fā)熱電阻體10；由與發(fā)熱電阻體10相同的材料形成的感溫電阻體22、23、24、25；上游側(cè)溫度傳感器30；以及下游側(cè)溫度傳感器31。各個(gè)電阻體連接于用于與外部電連接的由鋁等構(gòu)成的電極51。另外，圖11中所示的箭頭記號(hào)表示流體流6的方向。
半導(dǎo)體基板2的薄壁部7形成為如圖11所示的虛線部分，在該薄壁部7配置有發(fā)熱電阻體10、感溫電阻體24、上游側(cè)溫度傳感器30、下游側(cè)溫度傳感器31、以及感溫電阻體23的一部分。
感溫電阻體24與發(fā)熱電阻體10接近地配置，從而感溫電阻體24的溫度變化依存于發(fā)熱電阻體10的溫度變化。另外，上游側(cè)溫度傳感器30配置于發(fā)熱電阻體10的上游側(cè)，下游側(cè)溫度傳感器31配置于發(fā)熱電阻體10的下游側(cè)。感溫電阻體24與發(fā)熱電阻體10鄰接地配置，感溫電阻體23是在后述的圖12所示的電橋電路中位于與感溫電阻體24對(duì)角的位置的電阻，并被配置于接受發(fā)熱電阻體10的熱影響的位置。另外，半導(dǎo)體基板2以及其它元件的材質(zhì)等與本發(fā)明的第一實(shí)施方式相同。
圖12是包括如圖11所示的熱式流量傳感器元件26的電路圖。
在圖12中，包括熱式流量傳感器元件26的電路由以下構(gòu)成發(fā)熱電阻體10；感溫電阻體22、23、24、25；差動(dòng)放大器41、44；晶體管45；上游側(cè)溫度傳感器30；下游側(cè)溫度傳感器31；以及固定電阻61、62。
感溫電阻體22、23、24、25構(gòu)成電橋電路，感溫電阻體22和24相互串聯(lián)地連接，感溫電阻體23和25相互串聯(lián)地連接。而且，串聯(lián)連接的感溫電阻體22以及24、和串聯(lián)連接的感溫電阻體23以及25相互并聯(lián)地連接。感溫電阻體22和24的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器41的一方的端子，感溫電阻體23和25的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器41的另一方的輸入端子。差動(dòng)放大器41的輸出端子連接于晶體管45的基極，該晶體管45的發(fā)射極經(jīng)由發(fā)熱電阻體10而接地。
發(fā)熱電阻體10的加熱溫度是基于該感溫電阻體22、23、24、25的電阻值而確定的，相對(duì)于周圍溫度被加熱控制為大致一定的溫度差ΔT。
另外，形成于發(fā)熱電阻體10的上下游的上下游溫度傳感器30、31與固定電阻61、62一起構(gòu)成溫度傳感器電橋電路，與該上下游的溫度傳感器30和31的相互的溫度差相對(duì)應(yīng)的電位差被差動(dòng)放大器44放大，并被供給到熱式流量測(cè)量裝置1的輸出端子70。
根據(jù)如以上構(gòu)成的本發(fā)明的第四實(shí)施方式，越是高流量就越可以提高熱式流量測(cè)量裝置1的發(fā)熱電阻體10的加熱溫度，從而可以得到與本發(fā)明的第一實(shí)施方式相同的效果。
另外，在此，感溫電阻體23為一部分被配置于薄壁部7，不過也可以根據(jù)需要，形成為全部配置于薄壁部7。
并且，在圖11中，感溫電阻體23被配置于上下游的恰好中央附近，不過并不限定于此，只要是接受發(fā)熱電阻體10的熱的位置即可，沒有特別的限定。
通過圖13、圖14說明本發(fā)明的第五實(shí)施方式。
圖13是本發(fā)明的第五實(shí)施方式的熱式流量測(cè)量裝置1的熱式流量傳感器元件26的配線圖案圖。
在圖13中，熱式流量傳感器元件26由以下構(gòu)成半導(dǎo)體基板2；形成于該半導(dǎo)體基板2上的大致中央部的薄壁部7；發(fā)熱電阻體14、18；以及由與發(fā)熱電阻體14、18相同的材料形成的感溫電阻體15、16、17、19、20、21。各個(gè)電阻體連接于用于與外部電連接的由鋁等構(gòu)成的電極51。另外，圖13中所示的箭頭記號(hào)表示流體流6的方向。
半導(dǎo)體基板2的薄壁部7形成為如圖13所示的虛線部分，在該薄壁部7配置有發(fā)熱電阻體14、18；以及感溫電阻體17、21的一部分。
發(fā)熱電阻體14、18相對(duì)于流體的流動(dòng)，接近地配置于上下游。在上游側(cè)的發(fā)熱電阻體14接線有三個(gè)感溫電阻體15、16、17，從而構(gòu)成電橋電路，在下游側(cè)的發(fā)熱電阻體18接線有三個(gè)感溫電阻體19、20、21，構(gòu)成電橋電路。另外，半導(dǎo)體基板2以及其它元件的材質(zhì)等與本發(fā)明的第一圖14是包括如圖13所示的熱式流量傳感器元件26的電路圖。
在圖14中，包括熱式流量傳感器元件26的電路由以下構(gòu)成發(fā)熱電阻體14、18；感溫電阻體15、16、17、19、20、21；差動(dòng)放大器41、44、47；以及晶體管45、48。
發(fā)熱電阻體14和感溫電阻體15、16、17構(gòu)成電橋電路，發(fā)熱電阻體14和感溫電阻體16相互串聯(lián)地連接，感溫電阻體15和17相互串聯(lián)地連接。而且，串聯(lián)連接的發(fā)熱電阻體14以及感溫電阻體16、和串聯(lián)連接的感溫電阻體15以及17相互并聯(lián)地連接。發(fā)熱電阻體14和感溫電阻體15的連接點(diǎn)連接于晶體管48的發(fā)射極。發(fā)熱電阻體14和感溫電阻體16的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器44的一方的輸入端子，感溫電阻體15和17的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器44的另一方的輸入端子。而且，差動(dòng)放大器44的輸出端子連接于晶體管48的基極。
發(fā)熱電阻體14的加熱溫度是基于該感溫電阻體15、16、17的電阻值而確定的，并通過差動(dòng)放大器41和晶體管45的反饋控制，相對(duì)于周圍溫度被加熱控制為大致一定的溫度差ΔT。
并且，同樣地，發(fā)熱電阻體18和感溫電阻體19、20、21構(gòu)成電橋電路，發(fā)熱電阻體18和感溫電阻體20相互串聯(lián)地連接，感溫電阻體19和21相互串聯(lián)地連接。而且，串聯(lián)連接的發(fā)熱電阻體18以及感溫電阻體20、和串聯(lián)連接的感溫電阻體19以及21相互并聯(lián)地連接。發(fā)熱電阻體18和感溫電阻體19的連接點(diǎn)連接于晶體管45的發(fā)射極。發(fā)熱電阻體18和感溫電阻體20的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器41的一方的輸入端子，感溫電阻體19和21的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器41的另一方的輸入端子。而且，差動(dòng)放大器41的輸出端子連接于晶體管45的基極。
發(fā)熱電阻體18的加熱溫度是基于該感溫電阻體19、20、21的電阻值而確定的，并通過差動(dòng)放大器41和晶體管48的反饋控制，相對(duì)于周圍溫度被加熱控制為大致一定的溫度差ΔT。
并且，發(fā)熱電阻體15和17的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器47的一方的輸入端子，發(fā)熱電阻體18和感溫電阻體20的連接點(diǎn)連接于差動(dòng)放大器47的另一方的輸入端子。差動(dòng)放大器47的輸出信號(hào)被供給到輸出端子71，該輸出端子71的輸出信號(hào)作為表示流體流的方向的信號(hào)而使用。
另外優(yōu)選的是，上游側(cè)的感溫電阻體17以及下游側(cè)的感溫電阻體21盡可能接近地配置，使得不產(chǎn)生兩者的溫度差，從而使得在上游側(cè)的發(fā)熱電阻體14和下游側(cè)的發(fā)熱電阻體18難以產(chǎn)生溫度差。
根據(jù)如以上構(gòu)成的本發(fā)明的第五實(shí)施方式，越是高流量就越可以提高熱式流量測(cè)量裝置1的發(fā)熱電阻體14、18的加熱溫度，從而可以得到與本發(fā)明的第一實(shí)施方式同樣的效果。
另外，在此，感溫電阻體17、21為一部分被配置于薄壁部7，不過也可以根據(jù)需要，形成為全部配置于薄壁部7。
另外，本發(fā)明不僅可以應(yīng)用于如上述圖1所示的汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)等，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的情況下，基本結(jié)構(gòu)大致相同，從而也可應(yīng)用本發(fā)明，也可以應(yīng)用于檢測(cè)內(nèi)燃機(jī)的EGR(Exhaust Gas Recirculation)氣體的流量的流量傳感器等。
另外，不僅可以測(cè)定空氣的流量，也可以測(cè)定其它流體的流量。例如，在測(cè)定使用于燃料電池的氫氣的流量的情況下，也可以應(yīng)用。并且，在測(cè)量液化氣的流量的情況下，也可以應(yīng)用本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種熱式流量測(cè)量裝置，其測(cè)量流體的流量，并包括形成了薄壁部的基板；配置于上述薄壁部上的發(fā)熱電阻體；以及用于驅(qū)動(dòng)上述發(fā)熱電阻體以使得上述發(fā)熱電阻體成為設(shè)定加熱溫度的電橋電路，其特征在于，形成上述電橋電路的各邊的電阻元件是感溫電阻體，至少一個(gè)感溫電阻體的一部分或者全部被配置于上述薄壁部上，且被配置于上述發(fā)熱電阻體的附近，接受來自上述發(fā)熱電阻體的熱影響，隨著流體的流量變大，上述設(shè)定加熱溫度變高。
2.一種熱式流量測(cè)量裝置，其包括形成了薄壁部的基板；被配置于上述薄壁部上的發(fā)熱電阻體；被配置于上述薄壁部上、相對(duì)于上述發(fā)熱電阻體的配置位置而被配置于流體流動(dòng)的方向的上游側(cè)的上游側(cè)溫度傳感器元件；以及被配置于上述薄壁部上、相對(duì)于上述發(fā)熱電阻體的配置位置而被配置于流體流動(dòng)的方向的下游側(cè)的下游側(cè)溫度傳感器元件，其特征在于，為了定溫度差驅(qū)動(dòng)上述發(fā)熱電阻體使得其與周圍溫度具有一定溫度差，而形成有電橋電路，所述電橋電路具有多個(gè)感溫電阻元件，上述發(fā)熱電阻體形成為其一邊，位于上述電橋電路的與發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的上述感溫電阻元件的一部分或者全部被配置于上述薄壁部，基于上述上游側(cè)溫度傳感器元件檢測(cè)的溫度、和上述下游側(cè)溫度傳感器元件檢測(cè)的溫度的差，來測(cè)量流體的流量。
3.如權(quán)利要求2所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，位于與上述發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的感溫電阻元件的一部分或者全部，與上述薄壁部上的流體流動(dòng)的方向相關(guān)，被配置于上述薄壁部的中央?yún)^(qū)域。
4.如權(quán)利要求2所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，位于與上述發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的感溫電阻元件的一部分或者全部，與上述薄壁部上的流體流動(dòng)的方向相關(guān)，被配置于上述發(fā)熱電阻體的上游側(cè)。
5.如權(quán)利要求2所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，形成電橋電路的多個(gè)感溫電阻元件是由與上述發(fā)熱電阻體相同的感溫電阻材質(zhì)而形成的。
6.一種熱式流量測(cè)量裝置，其包括形成了薄壁部的基板；被配置于上述薄壁部上的發(fā)熱電阻體；被配置于上述薄壁部上、相對(duì)于上述發(fā)熱電阻體的配置位置而被配置于流體流動(dòng)的方向的上游側(cè)的上游側(cè)溫度傳感器元件；以及被配置于上述薄壁部上、相對(duì)于上述發(fā)熱電阻體的配置位置而被配置于流體流動(dòng)的方向的下游側(cè)的下游側(cè)溫度傳感器元件，其特征在于，為了定溫度差驅(qū)動(dòng)上述發(fā)熱電阻體使得其與周圍溫度具有一定溫度差，而形成有具有多個(gè)感溫電阻元件的電橋電路，上述電橋電路中的一個(gè)感溫電阻元件被配置于上述薄壁部上，且被配置于上述發(fā)熱電阻體的附近，該被配置于發(fā)熱電阻體的附近的感溫電阻元件、和位于電橋電路的對(duì)角的位置的感溫電阻元件的一部分或者全部，被配置于上述薄壁部，基于上述上游側(cè)溫度傳感器元件和上述下游側(cè)溫度傳感器元件檢測(cè)的溫度差，來測(cè)量流體的流量。
7.如權(quán)利要求6所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，位于與配置于上述發(fā)熱電阻體附近的感溫電阻元件對(duì)角的位置的感溫電阻元件的一部分或者全部，與上述薄壁部上的流體流動(dòng)的方向相關(guān)，被配置于上述薄壁部的中央?yún)^(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，位于與配置于上述發(fā)熱電阻體附近的感溫電阻元件對(duì)角的位置的感溫電阻元件的一部分或者全部，與上述薄壁部上的流體流動(dòng)的方向相關(guān)，被配置于上述發(fā)熱電阻體的上游側(cè)。
9.如權(quán)利要求6所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，形成電橋電路的多個(gè)感溫電阻元件是由與上述發(fā)熱電阻體相同的感溫電阻材質(zhì)而形成的。
10.一種熱式流量測(cè)量裝置，其具有形成了薄壁部的基板；被配置于上述薄壁部上的第一發(fā)熱電阻體；以及被配置于上述薄壁部上、相對(duì)于上述第一發(fā)熱電阻體的配置位置而被配置于流體流動(dòng)的方向的下游側(cè)的第二發(fā)熱電阻體，其特征在于，形成有第一電橋電路和第二電橋電路，為了定溫度差驅(qū)動(dòng)上述第一發(fā)熱電阻體使得其與周圍溫度具有一定溫度差，而形成所述第一電橋電路，所述第一電橋電路具有多個(gè)感溫電阻元件，上述第一發(fā)熱電阻體形成為其一邊，為了定溫度差驅(qū)動(dòng)上述第二發(fā)熱電阻體使得其與周圍溫度具有一定溫度差，而形成所述第二電橋電路，所述第二電橋電路具有多個(gè)感溫電阻元件，上述第二發(fā)熱電阻體形成為其一邊，位于上述第一電橋電路的與第一發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的上述感溫電阻元件的一部分或者全部，被配置于上述薄壁部，位于上述第二電橋電路的與第二發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的上述感溫電阻元件的一部分或者全部，被配置于上述薄壁部，基于上述第一電橋電路生成流體的流量測(cè)量信號(hào)，基于上述第一電橋電路和第二電橋電路生成流體流的方向信號(hào)。
11.如權(quán)利要求10所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，位于與上述第一以及第二發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的兩個(gè)感溫電阻元件的一部分或者全部，與上述薄壁部上的流體流動(dòng)的方向相關(guān)，被配置于上述薄壁部的中央?yún)^(qū)域。
12.如權(quán)利要求10所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，位于與上述第一以及第二發(fā)熱電阻體對(duì)角的位置的兩個(gè)感溫電阻元件的一部分或者全部，與上述薄壁部上的流體流動(dòng)的方向相關(guān)，被配置于上述發(fā)熱電阻體的上游側(cè)。
13.如權(quán)利要求10所述的熱式流量測(cè)量裝置，其特征在于，形成上述第一以及第二電橋電路的多個(gè)感溫電阻元件是由與上述第一以及第二發(fā)熱電阻體相同的感溫電阻材質(zhì)而形成的。
14.一種內(nèi)燃機(jī)的控制系統(tǒng)，其具有測(cè)量供給到內(nèi)燃機(jī)的空氣流量的流量測(cè)量機(jī)構(gòu)；和基于由該流量測(cè)量機(jī)構(gòu)測(cè)量的流量，控制空氣流量的機(jī)構(gòu)，其特征在于，上述流量測(cè)量機(jī)構(gòu)包括形成了薄壁部的基板；被配置于上述薄壁部上的發(fā)熱電阻體；以及用于定溫度差驅(qū)動(dòng)上述發(fā)熱電阻體的電橋電路，形成上述電橋電路的一個(gè)電阻元件的一部分或者全部被配置于上述薄壁部上，從上述發(fā)熱電阻體接受熱影響。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)一種不會(huì)使電路或者傳感器的構(gòu)造復(fù)雜化，且可以減輕發(fā)熱電阻體的污損，減少因老化而導(dǎo)致的測(cè)定誤差的熱式流量測(cè)量裝置。薄壁部(7)形成于半導(dǎo)體基板(2)上，在該薄壁部(7)配置有發(fā)熱電阻體(10)、和感溫電阻體(13)的一部分。感溫電阻體(13)是在電橋電路中位于與發(fā)熱電阻體(10)對(duì)角的位置的電阻，并被配置于接受發(fā)熱電阻體(10)的熱影響的位置。由此可以使發(fā)熱電阻體(10)的加熱溫度具有流量依存性，可以使因老化而導(dǎo)致的測(cè)定誤差減少。
文檔編號(hào)G01F1/68GK1892188SQ200610100749
公開日2007年1月10日 申請(qǐng)日期2006年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
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