[發(fā)明專利]熱式流量傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710096153.0
• 申請(qǐng)日: 2007-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101055203A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 助川義寬;德安升;樫尾香織;寺田大介
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社日立制作所
• 主分類號(hào): G01F1/68
• 分類號(hào): G01F1/68;G01F1/76
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 汪惠民

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使用發(fā)熱電阻體計(jì)測(cè)流體的質(zhì)量流量的熱式流量傳感器。

背景技術(shù)

以往具有代表性的熱式流量傳感器，在橋電路中安裝了具有溫度依賴性的兩個(gè)電阻體。在這些電阻體中，一方作為流量測(cè)量用的發(fā)熱電阻體使用，由于流過(guò)發(fā)熱電流，因此將電阻值設(shè)為比較小。另一方，作為待測(cè)量流體的溫度補(bǔ)償電阻體使用，由于在常溫下使用，因此與發(fā)熱電阻體相比將電阻值設(shè)為更大。在這樣的橋電路中，橋電路的兩個(gè)中間點(diǎn)電位被輸入到運(yùn)算放大器，即使發(fā)熱電阻體的熱量對(duì)應(yīng)流體的流量(換而言之流速)被奪走，也可以按照使發(fā)熱電阻體和溫度補(bǔ)償電阻體之間的溫度差保持規(guī)定值(中間點(diǎn)電位差為零)的方式，控制流入發(fā)熱電阻體的電流。

進(jìn)而，在現(xiàn)有公知例中，如專利文獻(xiàn)1(日本特開(kāi)昭59—136620號(hào)公報(bào))所示，提出不使用溫度補(bǔ)償電阻體，使用兩個(gè)僅由發(fā)熱電阻體和多個(gè)固定電阻體構(gòu)成的橋電路，兩個(gè)的橋電路的發(fā)熱電阻體的發(fā)熱溫度按照互相不同的方式進(jìn)行設(shè)定的流量測(cè)量裝置。在該裝置中，發(fā)熱電流流入兩個(gè)橋電路的發(fā)熱電阻體，將與該發(fā)熱電流相關(guān)的輸出之差輸入微型計(jì)算機(jī)(微處理器)，計(jì)算流量。

根據(jù)該公知例，即使不用溫度補(bǔ)償電阻體，也可以進(jìn)行除去流體溫度影響的流量測(cè)量。從以下的角度提出了在該專利文獻(xiàn)1中記載的流量測(cè)量裝置。即，發(fā)熱電阻體和溫度補(bǔ)償電阻體的熱時(shí)間常數(shù)不同，由于這對(duì)流量測(cè)量精度會(huì)帶來(lái)不良影響，所以為了除去這樣的影響，提出不使用溫度補(bǔ)償電阻體的裝置的方案。

進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)1中，提出在發(fā)熱電阻體的支撐體(基板)配置用于專門(mén)加熱支撐體的保護(hù)加熱器的技術(shù)方案。該保護(hù)加熱器，用與流量測(cè)量用發(fā)熱電阻體(測(cè)量用發(fā)熱電阻體)不同的系統(tǒng)，按照調(diào)節(jié)成與測(cè)量用發(fā)熱電阻體相同的溫度T1的方式設(shè)定。該保護(hù)加熱器，防止熱量從測(cè)量用發(fā)熱電阻體傳遞到支撐體的熱傳遞(熱流出)，用于提高測(cè)量用發(fā)熱電阻體的響應(yīng)性。

流量測(cè)量用發(fā)熱電阻體的支撐體，例如在發(fā)熱電阻體為熱線的情況下，至少由纏繞該熱線用的筒狀絕緣芯材(例如氧化鋁管)構(gòu)成。

該支撐體，利用發(fā)熱電阻體傳熱保持在某個(gè)溫度水平。即，支撐體在發(fā)熱電阻體的線圈區(qū)域以外的部分暴露在待測(cè)量流體中，因?yàn)橹误w的熱量放出到待測(cè)量流體的氣氛中，所以保持在比發(fā)熱電阻體的溫度低的某個(gè)溫度水平。

如果該支撐體的溫度水平始終保持為大致恒定的水平，(換而言之，如果從支撐體向待測(cè)量流體氣氛的放熱水平保持為大致恒定的水平)，則通過(guò)發(fā)熱電阻體的支撐體的放熱水平也為大致一定，由該放熱不會(huì)對(duì)流量測(cè)量精度帶來(lái)不良影響。

使用了發(fā)熱電阻體的流量測(cè)量裝置，一般用于測(cè)量汽車用內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣流量。進(jìn)而，在最近，為了測(cè)量汽車用內(nèi)燃機(jī)的EGR(排氣再循環(huán))系統(tǒng)中的EGR流量，有時(shí)也在排氣氣氛中使用。

在這樣的排氣氣氛中使用測(cè)量用發(fā)熱電阻體的情況下，作為以包含在排氣中的煤塵為主體的不揮發(fā)成分，逐漸堆積在支撐流量測(cè)量用放熱電阻體的支撐體上。這樣的煤塵體積程度隨時(shí)間增大時(shí)，支撐體和待測(cè)量流體(待測(cè)氣體)間的熱傳遞與堆積前相比變化很大，對(duì)輸出帶來(lái)不良影響。即根據(jù)煤塵的堆積體積程度，從支撐體向待測(cè)氣體氣氛的放熱量變化時(shí)，從流量測(cè)量用發(fā)熱電阻體向支撐體的放熱量也變化，因此在煤塵堆積前和堆積后，流量測(cè)量用發(fā)熱電阻體的輸出值相對(duì)于氣體流量變化，造成檢測(cè)誤差。

為了防止上述情況，有效的方式是截?cái)酂崃繌牧髁繙y(cè)量用發(fā)熱電阻體向支撐體的傳導(dǎo)。

在上述專利文獻(xiàn)1記載的結(jié)構(gòu)中，將保護(hù)加熱器(以下也稱為“第二發(fā)熱電阻體”)纏繞在流量測(cè)量用發(fā)熱電阻體(以下也稱為“第一發(fā)熱電阻體”)的支撐體上，通過(guò)使第二發(fā)熱電阻體的溫度與第一發(fā)熱電阻體的溫度相同，來(lái)防止熱量從第一發(fā)熱電阻體向支撐體傳遞，加快流量測(cè)量的響應(yīng)性。

這樣，在第二發(fā)熱電阻體設(shè)定在與第一發(fā)熱電阻體相同溫度時(shí)，可以在某種程度上防止熱量從第一發(fā)熱電阻體向支撐體的傳遞，但是，實(shí)際上，不能完全防止熱傳遞。更詳細(xì)地說(shuō)，因?yàn)橹误w中的第一、第二發(fā)熱電阻體間的部位暴露在待測(cè)量氣體氣氛中，存在從支撐體向環(huán)境氣體的放熱。因此，第二發(fā)熱電阻體的溫度與第一發(fā)熱電阻體的溫度相同時(shí)，支撐體溫度比檢測(cè)流量的第一發(fā)熱電阻體低。因此，發(fā)生從第一發(fā)熱電阻體向支撐體的放熱。

即使產(chǎn)生這樣的熱流，待測(cè)量流體為通過(guò)空氣過(guò)濾器后的空氣的時(shí)候，沒(méi)有煤塵堆積在支撐體上，從支撐體向空氣中放熱的水平保持為大致一定的水平，對(duì)流量檢測(cè)精度不會(huì)帶來(lái)不良影響，可以實(shí)現(xiàn)期望的響應(yīng)性。