热丝流率测量装置制造方法及图纸

热丝流率测量装置包括置于被测流体的流通路径上的第一个热敏电阻元件，与第一个敏感元件串联的电阻单元．置于流体的流通路径上用于温度补偿的第二个热敏电阻元件，按照第一个敏感元件的电压与第二个敏感元件的电压之差值向第一个敏感元件与电阻单元的串联支路提供电流的控制电路，以及跟随电阻单元端电压产生代表流体流率的电压的输出电路．本装置还具有一个电流电路，它向串联电路的一部分提供一个与电阻的端电压成正比的补偿电流，从而控制输出电路的输出特性．（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采用热丝的流体流率测量装置，热丝为热敏电阻材料，尤其涉及测量汽车发动机入口空气流率的热丝流率测量装置。汽车发动机需要准确控制空气-燃料比和点火时机，以便保持较低的排气污染物的毒性和燃料消耗率。为此，已经引入了微电子计算机化的发动机控制系统。在这种控制系统中，入口空气质量即入口空气流率的测量精确度决定发动机的运行性能，因此特别需要准确地测量流率。为了测量流体的流率，已经有一种热丝流速测量技术可用于汽车发动机气流传感器。在这种测量技术中，一个被加热的热敏电阻元件置于流体的流通路径上与流体接触，从而基于与流体流率有关的热传导特性和电阻元件的加热量以电的方法检测流率。例如，在美国专利Nos.3，747，577和4，297，881中都公开了这种专利技术。图1示出这种常规的流率测量装置的基本电路。直流电压源1通过晶体管2的集电极-发射极结向串联的热敏元件3和电阻器4提供电流。电阻器5。热补偿热敏电阻元件6和电阻器7组成另一个串联支路连接在晶体管2的发射极和电压源1的负极之间。热敏元件3和电阻器4的联结点和补偿敏感元件6与电阻器7的联结点为放大器8提供同相输入端和反相输入端，放大器8的输出端与晶体管2的基极相连，敏感元件3置于流动的流体中用于测量流率，而敏感元件6则置于流通路径上用以检测流体的温度。敏感元件3、电阻器4和5、补偿敏感元件6和电阻器7的电阻值分别为R3，R4，R5，R6和R7，设敏感元件3和6具有相同的温度系数α，其电阻值表示如下R3＝R30(1+αT3)(1)R6＝R60(1+αT6)(2)式中，T3和T6为元件3和6的温度，R30和R60为元件3和6在参考温度时的电阻值。元件3-7组成的电桥电路的平衡条件由下式给出R7·R3＝R4·(R5+R6)(3)由上面的式(1)，(2)和(3)得(1－ (R4·R60)/(R7R80) )T6+△T= 1/(α) 〔 (R4(R5+R60))/(R7R80) -1〕(4)式中，△T＝T3-T6众所周知，当加热体(如敏感元件3)置于流动的流体中，电流流经它所产生的热量将被流体带走，可由下式表示Q＝I2R3＝(C1+C2U]]>)△T(5)式中，C1和C2为常数，Q为热量，I是流过电阻器3的电流，U是单位时间的质量空气流率。这就是说，加热元件和流体之间的温度差△T为常数时，热量正比于空气流速的平方根。使方程(4)中T6的系数等于0，即R4·R60/R7·R30＝1，则温度差△T成为由电路常数决定的恒量，从而有可能由测量热量Q来得到流率值。因此，方程(4)简化为△T= (R5)/(α·R60) =常数(6)这种方法存在一个问题。温度补偿热敏电阻元件6被流过它的电流加热，这引起温度差△T的误差。由电阻器3和6产生的热量依赖于它们两端的电压。从图1的电路可以看出，加在敏感元件3两端的电压基本上等于电阻器5和补偿元件6的串联支路两端的电压。为了消除对补偿元件6加热的效应，加在敏感元件6上的电压所产生的热量应该小到可以忽略，而实际应用时，加在敏感元件6上的电压足以加热它。元件5和6的电阻值之比由方程(6)决定。因此，为了使补偿元件6产生的热量足够小，与敏感元件3的电阻值相比，补偿元件6的电阻值必须足够大。用同样的材料(例如铂丝)制造电阻值差别很大的热敏电阻元件一般来说是不经济的，而且在生产过程中可能引起热敏元件性能(例如温度系数α)的不一致。由于这个缘故，热丝流率测量伴有许多热传导特性的不确定的因素，而热传导特性把热敏元件与流体联系起来。因此，最大限度地减小各流率测量器件间流速与输出电压特性的不一致性是大规模生产汽车另部件的工业中的一个技术课题。本专利技术的目的是提供一种采用补偿热敏电阻元件特性的不一致性的方法来实现精确测量的热丝流率测量装置。上述目的由一个独创的电路实现。在这个电路中，流率输出信号反馈到装有热敏电阻元件的流率检测器，使得由于热敏元件特性的不一致所引起的测量装置输出特性的不一致得到补偿。图1为常规的流率测量装置的略图;图2为本专利技术的流率测量装置的方框图;图3为热敏电阻元件的部分剖面图;图4为图2所示装置在电流电路断开时的输出特性;图5为本专利技术的流率测量装置的第一种实施例的略图;图6为图5所示装置的输出特性;图7为本专利技术的流率测量装置的第二种实施例的略图;图8为本专利技术的第三种实施例的略图;图9为第三种实施例的输出特性。现在参照附图对本专利技术进行详细说明。图2给出所专利技术的流率测量装置的一般配置。它包括一个用于检测流体流率的热敏电阻元件3，一个检测通过敏感元件3的电流的电流检测器12，一个放大电流检测器12的输出并产生代表流体流率的输出电压V0的输出电路14，一个按流体温度检测器18和电流检测器12的输出激励敏感元件3的驱动器16，和一个在电流体检测器12控制下工作的电流电路20。热敏电阻元件的结构如图3所示。在该元件中，热敏电阻丝(例如铂丝)24结在一个陶瓷绝缘筒上。电阻丝两端固定在铅制引线28上，绕线表面全部用保护料材料(例如玻璃)26封装。在没有连接电流电路20的情况下，图2所示流率测量装置中使用的热敏电阻元件(图3)提供如图4所示的测量装置输出特性。产品中绝缘筒22和铅制引线28尺寸的不一致性，保护层26的厚度和密度的不一致性，电阻丝24的长度、直径和电阻率的不一致性等都是造成热敏电阻元件电阻值不一致的原因。因此，即使每个流速测量装置在流率U1和U2时的输出电压都调整为一致的V01和V02，但在U1和U2之间的流率范围内各测量装置的输出特性仍将有差别，如图4中实线A和虚线B所示。测量装置间输出特性的不一致在低流率时大。当测量装置用于控制汽车发动机时这一特性特别不适宜。基于图2所示方框图的本专利技术第一种实施例将参照图5和图6予以说明，在这种实例中，电阻器26构成电流检测器12，而流体温度检测器18由差分放大器28和串联的电阻器30和热敏电阻元件6组成。热敏电阻元件6置于流体的流通路径上以便直接感应温度。敏感元件6连接在差分放大器28的输出端和反相输入端之间，差分放大器28的同相输入端与热敏电阻元件3和电流感应电阻器26的连结点相连。驱动器16由差分放大器32，晶体管(例如NPN型)34，以及串联的电阻器22和24组成。其中，晶体管34的基极与放大器32的输出端相连，串联的电阻器22和24连接到敏感元件3的两端。放大器32的反相输入端与放大器28的输出端相连，它的同相输入端与电阻器24和22的联结点相连。晶体管34的集电极由直流电源电压VB供电。其发射极与敏感元件3相连。输出级14由差分放大器44以及电阻器46，48，50和52组成。放大器44的同相输入端由电源电压VB经电阻器50供电，并经电阻器52接地，其反相输入端由电阻器48与其输出端相连，反相输入端还与敏感元件3和电阻器26的联结点相连。电流电路20由差分放大器42以及电阻器36，37，38和40组成。差分放大器42的同相输入端经电阻器38与结点56相连，并经电阻器40接地，它的反相输入端经电阻器37与结点56相连，并经电阻器36接地，而放大器42的输出端则与敏感元件3相连。电流电路20的输出电流I20用电阻器26的非接地端电位V2表示如下I20= (V2)/(R36) × (R4本文档来自技高网...

【技术保护点】
热丝流率测量装置，其特征在于包括：第一个热敏电阻元件，它置于被测流体的流通路径上；第一电阻装置，它与上述第一个敏感元件串联；第二个热敏电阻元件，它置于流体的流通路径上用于温度补偿；检测第一个敏感元件产生的电压与第二个敏感元件 产生的电压之差的装置；按照用上述检测装置检测到的电位差值向第一个敏感元件与第一电阻装置的串联支路提供电流的装置；输出一个相应于第一敏感元件端电压的装置。电流电路，它向上述串联电路的一部分提供补偿电流，电流值跟随上述第一敏感元件的端电 压，因而上述输出装置的输出电压代表流体的流率。

【技术特征摘要】
1.热丝流率测量装置，其特征在于包括第一个热敏电阻元件，它置于被测流体的流通路径上；第一电阻装置，它与上述第一个敏感元件串联；第二个热敏电阻元件，它置于流体的流通路径上用于温度补偿；检测第一个敏感元件产生的电压与第二个敏感元件产生的电压之差的装置；按照用上述检测装置检测到的电位差值向第一个敏感元件与第一电阻装置的串联支路提供电流的装置；输出一个相应于第一敏感元件端电压的装置。电流电路，它向上述串联电路的一部分提供补偿电流，电流值跟随上述第一敏感元件的端电压，因而上述输出装置的输出电压代表流体的流率。2.根据权利要求1的流率测量装置，其中，第一电阻装置与第一个敏感元件的联结点的电压馈入电流电路，而该电流电路向第一个敏感元件提供正比于所述电压的补偿电流。3.根据权利要求2的流率测量装置还包括所述第一个敏感元件产生的电压的分压装置;第二电阻装置，它与第二个敏感元件串联构成第二个串联电路，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：内山薰，简井光，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]