吸气温度传感器及具有其的热敏式空气流量计 |
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| 申请号 | CN201210018140.2 | 申请日 | 2012-01-19 | 公开(公告)号 | CN102620853B | 公开(公告)日 | 2015-04-01 |
| 申请人 | 日立汽车系统株式会社; | 发明人 | 松本昌大; 中野洋; 半泽惠二; 浅野哲; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种能够以高 精度 高速地检测出吸气 温度 的吸气温度 传感器 及具有该吸气温度传感器的热敏式空气流量计。本发明涉及的吸气温度传感器包括：取入吸气流的副通路(7)；配置在副通路(7)的内部的流量检测元件(13)；设置在副通路的外部的吸气温度检测元件(4)；对吸气温度检测元件(4)的安装部的温度进行检测的温度传感器(9)；配置在框体内部的 电路 基板 (11)；根据温度传感器(9)及流量检测元件(13)的输出 信号 对吸气温度检测元件(4)的输出进行补正处理的集成电路(10)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种吸气温度传感器，其具备：副通路，其具有将吸气流的一部分取入的开口部；流量检测元件，其设置在所述副通路内；电子电路，其与所述流量检测元件电连接；电路安装板，其用于配置所述电子电路；框体，其收纳至少所述电路安装板的一部分，所述吸气温度传感器的特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 吸气温度传感器及具有其的热敏式空气流量计技术领域背景技术[0002] 关于吸气温度传感器，已知有例如专利文献1所记载的吸气温度传感器。在专利文献1中公开了一种根据配置在流量测定元件中的第一温度传感器的信息和配置在框体内的第二温度传感器的信息来检测吸气温度的吸气温度传感器。 [0003] 【专利文献1】日本特开2005-9965号公报 [0004] 然而，在上述专利文献1所记载的技术中，欠缺对如下等问题的考虑，即，因副通路结构体的温度而引起副通路内的空气的温度变化，配置在框体内的电路的自身发热对第二温度传感器的影响，框体的热时间常数为几十秒到几分。 [0005] 副通路的结构体因来自传感器固定部的热量或电路的自身发热而成为与被测定空气流不同的温度。因此，由于受到来自副通路的结构体的热影响而使副通路内的空气的温度发生变化，从而成为与被测定空气流不同的温度，在上述技术中，存在吸气温度传感器的输出产生误差这样的问题。 [0006] 而且，由于副通路的结构体的温度变化受到框体的热时间常数的影响，因此直至副通路的结构体的温度达到稳定为止需要几十秒至几分的时间。因此，在上述技术中产生了如下问题：自吸气温度变化起经过几十秒至几分的期间，吸气温度传感器的输出变得不稳定。 [0007] 另外，当空气流量发生变化时，驱动空气流量传感器的驱动电路的消耗电力发生变化，电路的自身发热发生变化。此时，直至框体的温度达到稳定为止的时间也还是会受到框体的热时间常数的影响，因此直至第二温度传感器的输出稳定为止需要几十秒至几分的时间。因此，产生如下问题：自空气流量变化起经过几十秒至几分的期间，根据第二温度传感器的输出修正的吸气温度传感器的输出也不稳定。 发明内容[0008] 因此，本发明鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种能够以高精度高速地检测出吸气温度的吸气温度传感器。 [0009] 为了解决上述课题，本发明的吸气温度传感器具备：具有将吸气流的一部分取入的开口部的副通路；设置在所述副通路内的流量检测元件；与所述流量检测元件电连接的电子电路；用于配置所述电子电路的电路安装板；收纳至少所述电路安装板的一部分的框体，所述吸气温度传感器还具有：设置在所述副通路外部的吸气温度检测元件；对所述吸气温度检测元件的安装部周边的温度进行检测的温度传感器；根据所述温度传感器的输出及所述流量检测元件的输出对所述吸气温度检测元件的输出进行补正的机构。 [0010] 【发明效果】 [0012] 图1是表示将第一实施例的吸气温度传感器安装在吸气管中的状态的安装图。 [0013] 图2是图1的A-A′剖视图。 [0014] 图3是表示吸气温度检测元件4的特性的图。 [0015] 图4是第一实施例的吸气温度传感器8的热等效电路图。 [0016] 图5是表示吸气温度检测元件4的补正方法的图。 [0017] 图6是表示特性转换电路19的输入输出特性的图。 [0018] 图7是表示响应补偿电路14的频率特性的图。 [0019] 图8是表示响应补偿电路14的截止频率的图。 [0020] 图9是第二实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0021] 图10是第三实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0022] 图11是第四实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0023] 图12是第四实施例的吸气温度传感器的立体图。 [0024] 图13是图11的B-B′剖视图。 [0025] 图14是第五实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0026] 图15是第五实施例的电路基板11的俯视图。 [0027] 图16是表示切口的第一变形例的电路基板11的俯视图。 [0028] 图17是表示切口的第二变形例的电路基板11的俯视图。 [0029] 图18是表示切口的第三变形例的电路基板11的俯视图。 [0030] 图19是表示切口的第四变形例的电路基板11的俯视图。 [0031] 图20是表示切口的第五变形例的电路基板11的俯视图。 [0032] 图21是第六实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0033] 图22是第七实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0034] 图23是集成电路42的内部框图。 [0036] 图25是表示使用了固定电阻的电阻值的吸气温度输出的补正方法的图。 [0037] 【符号说明】 [0038] 1 连接部 [0039] 2 传感器固定部 [0040] 3 吸气管 [0041] 4、23、40 吸气温度检测元件 [0042] 5、6 安装零件 [0043] 7 副通路 [0044] 8 吸气温度传感器 [0045] 9 温度传感器 [0046] 10、39、42 集成电路 [0047] 11 电路基板 [0048] 12 金属线 [0049] 13 流量检测元件 [0050] 14 响应补偿电路 [0051] 15 加算电路 [0052] 16 差量电路 [0053] 17 乘算电路 [0054] 18 绝对值化电路 [0055] 19 特性转换电路 [0056] 20 特性调整电路 [0057] 21、24、38、41 温度传感器 [0058] 22、27、29、30、31、32、33、34、35、36、37 切口 [0059] 25、26 焊料 [0060] 28 粘接部 [0061] 43、44 引线框 [0062] 45 固定电阻 [0063] 46、47 AD转换器 [0064] 48 固定电阻值预测电路 [0065] 49 吸气温度补正电路 [0066] 50 框体 具体实施方式[0067] 以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。 [0068] 首先，使用图1至图8对本发明的第一实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图1是表示将第一实施例的吸气温度传感器安装在吸气管中的状态的安装图，图2是图1的A-A′剖视图，图3是表示吸气温度检测元件4的特性的图，图4是第一实施例的吸气温度传感器8的热等效电路图，图5是表示吸气温度检测元件4的补正方法的图，图6是表示特性转换电路19的输入输出特性的图，图7是表示响应补偿电路14的频率特性的图，图8是表示响应补偿电路14的截止频率的图。 [0069] 如图1所示，本发明的第一实施例的吸气温度传感器8以插入到在吸气管3上设置的开口部的形态安装，吸气温度传感器8通过传感器固定部2固定在吸气管3上。另外，经由连接部1来进行从吸气温度传感器8向外部的电连接。另外，在吸气温度传感器8上设有副通路7，在副通路7上设有用于取入吸气流的一部分的开口部。 [0070] 如图2所示，在副通路7的内部配置有流量检测元件13，该流量检测元件13能够测定在吸气管3中流动的吸气流的流量。另外，吸气温度检测元件4通过安装零件5、6固定成暴露在吸气流中。另外，为了检测吸气温度检测元件4的安装部的温度，将温度传感器9配置在吸气温度检测元件4的安装部的根部。在框体50内部配置有安装电路的电路基板11，在电路基板11上配置有对吸气温度检测元件4、温度传感器9及流量检测元件13的输出信号进行处理的集成电路10。需要说明的是，流量检测元件13通过金属线12(金线)与电路基板11连接。另外，吸气温度检测元件4及温度传感器9由热敏电阻、铂电阻体，热电偶、温度系数大的电阻等构成。 [0071] 接着，利用图3对吸气温度检测元件4的特性进行说明。吸气温度检测元件4因吸气温度与吸气温度检测元件4的安装根部的温度差而与空气流量Q相对应地产生误差。其原因在于，空气流量越小，从吸气温度检测元件4的表面向空气流的散热变得越小，从而受到吸气温度检测元件4的安装根部的温度的影响。 [0072] 另外，吸气温度与吸气温度检测元件4的安装根部的温度差越大，则误差越大。本实施例的吸气温度传感器8的热等效电路如图4所示，吸气温度检测元件4的温度由吸气流和吸气温度检测元件4的安装根部的温度、来自吸气流和吸气温度检测元件4的安装根部的热阻来确定。即，吸气温度检测元件4的温度同吸气温度检测元件4的安装根部的温度与吸气流的温度差相对应地产生误差。另外，来自吸气流的热阻与空气流量Q相对应地发生变化，在低流量下该热阻尤为变高，因此来自吸气温度检测元件4的安装根部的温度的影响变大。另外，由于吸气温度检测元件4的温度由来自吸气流的热阻和吸气温度检测元件4的热容量来确定，因此在低流量下其响应性发生劣化。 [0073] 接着，利用图5对吸气温度检测元件4的补正方法进行说明。该补正机构包括：对吸气温度检测元件4的输出进行响应补偿的响应补偿电路14；求出响应补偿电路14的输出与温度传感器9的输出的差量的差量电路16；将流量检测元件13的输出绝对值化的绝对值化电路18；将绝对值化电路18的输出转换成规定特性的特性转换电路19；对特性转换电路19与差量电路16进行乘算的乘算电路17；对乘算电路17与响应补偿电路14的输出进行加算而得到吸气温度输出的加算电路15；对流量检测元件13的输出进行特性调整而得到空气流量输出的特性调整电路20。需要说明的是，该补正通过集成电路10来处理。 [0074] 接着，说明本补正机构的动作。在本补正机构中，将流量检测元件13的输出绝对值化。其原因在于，吸气温度检测元件4的误差依赖于空气流量的绝对值，但不依赖于极性，因此通过绝对值化能够使特性转换电路19的结构简化。即，不需要取得两极的数据，只要取得单极的数据即可，从而能够将数据量减半。 [0075] 接着，在特性转换电路19中，取图3的特性的反函数来对图3所示的特性进行补正，从而获得图6所示的输入输出特性。由此，能够实现在图3所示的低流量下增大补正量的补正，从而能够减小吸气温度传感器的输出误差。 [0076] 另外，在规定流量Qth以上输出0，在规定流量Qth以下以对图3所示的特性进行补正的方式使输出信号输出，从而不会对吸气温度检测元件4的输出造成影响。这样，通过仅在规定的流量Qth以下进行补正，可实现特性转换电路19的简化和可靠性的提高。 [0077] 另外，以同吸气温度检测元件4的输出与温度传感器9的输出的差量相对应地改变补正量的方式设置差量电路16，利用乘算电路17进行差量电路16的输出与特性转换电路19的乘算，从而生成同吸气温度检测元件4的输出与温度传感器9的输出的差量相对应地变化并且与空气流量相对应地具有任意特性的补正量。由此，实现能够对图3所示的复杂特性进行补正的补正机构，由此减少吸气温度传感器的输出误差。 [0078] 接着，对响应补偿电路14的动作进行说明。响应补偿电路14如图7所示那样作为1次HPF(by·pass·filter(旁通滤波器))，该HPF的截止频率fc如图8所示与流量检测元件13的输出相对应地变更。这样，能够防止在低速的空气流量下吸气温度传感器的响应性发生劣化的情况。 [0079] 在本实施例中，通过利用温度传感器9检测吸气温度检测元件4的安装根部的温度，能够对吸气温度检测元件4的安装根部的温度所带来影响进行补正。另外，通过将吸气温度检测元件4与温度传感器9接近配置，能够减小框体的热时间常数的影响。 [0080] 本实施例的吸气温度传感器8的热等效电路由图3表示，由吸气流和吸气温度检测元件4的安装根部的温度、来自吸气流和吸气温度检测元件4的安装根部的热阻来确定。另外，吸气温度检测元件4的安装根部的温度依赖于传感器固定部2的温度和来自传感器固定部2的热阻、以及电路基板11的温度和来自电路基板11的热阻。另外，其响应性受到框体的热容量的影响。在本实施例中，通过利用温度传感器9来计测吸气温度检测元件4的安装根部的温度，能够排除传感器固定部2及电路基板11的温度的影响。另外，框体的热容量非常大，产生几分的热时间常数，从而使得吸气温度检测元件4的响应性极为恶化，但通过利用温度传感器9来测定吸气温度检测元件4的安装部根部的温度，能够不受框体的热时间常数的影响而对吸气温度检测元件4的特性进行补正。 [0081] 另外，通过在吸气温度传感器8的框体上设置凹部且在该凹部中配置吸气温度检测元件4，从而不会产生副通路7的空气流的紊乱，从而将吸气温度检测元件4配置在吸气温度传感器8的上游侧并且实现吸气温度检测元件4的机械保护。首先，关于副通路7的空气流的紊乱，通过设置凹部能够将副通路7的开口部配置得比吸气温度检测元件4靠上游侧。其结果是，吸气温度检测元件4引起的空气紊乱不会扰乱副通路7内部的空气的流动，吸气温度检测元件4不会对空气流量的测定造成不良影响。 [0082] 另外，由于吸气温度检测元件4配置在吸气温度传感器8的上游侧，因此在框体的旁边流动且受到了框体的温度影响的空气不会与吸气温度检测元件4接触，从而吸气流在不受到其它温度影响的情况下与吸气温度检测元件4接触，因此能够更加准确地检测出吸气温度。另外，通过将吸气温度检测元件4配置在框体的凹部中，即使吸气温度传感器8落下，也能够防止出现对吸气温度检测元件4施加机械冲击的情况。 [0083] 另外，由于本实施例的吸气温度传感器具有流量检测元件13，因此通过对流量检测元件13的特性进行调整，由此能够容易地输出空气流量信号，因此也可用作带吸气温度传感器的空气流量计。 [0084] 接着，利用图9对本发明的第二实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图9是第二实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0085] 第二实施例的吸气温度传感器与第一实施例的吸气温度传感器基本上结构相同，但进行了以下的改良。在本实施例中，将固定吸气温度检测元件4的安装零件5、6延长至电路基板11，而与电路基板11热结合，在安装零件5、6附近的电路基板11上配置温度传感器21。这样，能够利用温度传感器21检测吸气温度检测元件4的安装根部的温度。在本实施例中，与第一实施例相比，由于温度传感器21的安装容易且能够直接配置在电路基板11上，因此能够使用芯片部件，由于配线也容易，因此能够实现低成本化。另外，由于将安装零件5、6延长至电路基板11，因此吸气温度检测元件4的连接也容易。 [0086] 接着，利用图10对本发明的第三实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图10是第三实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0087] 第三实施例的吸气温度传感器与第二实施例的吸气温度传感器基本为相同的结构，但进行了以下的改良。在本实施例中，在电路基板11上设有包围温度传感器21的周围的コ形状的切口22，从而将温度传感器21热绝缘。如此，由于能够减少来自配置在电路基板11上的集成电路10等电子部件的发热的影响，因此能够通过温度传感器21更加准确地计测吸气温度检测元件4的安装根部的温度。 [0088] 接着，利用图11、图12、图13对本发明的第四实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图11是第四实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图，图12是第四实施例的吸气温度传感器的立体图，图13是图11的B-B′剖视图。 [0089] 第四实施例的吸气温度传感器与第一实施例的吸气温度传感器的结构基本相同，但进行了以下的改良。在本实施例中，使电路基板11的一部分在设置于框体上的凹部露出，且在该露出的部分配置吸气温度检测元件23，在电路基板11的框体内部配置温度传感器24。这样，由于吸气温度检测元件23的安装容易且能够直接配置在电路基板11上，因此能够使用芯片部件，并且由于配线也容易，因此能够实现低成本化。 [0090] 需要说明的是，如图13所示，吸气温度检测元件23相对于电路基板11浮起安装，并通过焊料25、26实现机械连接和电连接。另外，通过将吸气温度检测元件23相对于电路基板11浮起安装，由此实现从吸气温度检测元件23向电路基板11的热阻的增加。在这种情况下，由于电路基板11的温度成为吸气温度检测元件23的安装部根部的温度，因此能够通过温度传感器24为吸气温度检测元件23而计测电路基板11的温度。由此，由于能够进行第一实施例所示的补正处理，因此能够更准确地检测出吸气温度。需要说明的是，通过在框体设置凹部，从而也具有第一实施例所示的效果。 [0091] 接着，利用图14至图20对本发明的第五实施例的吸气温度传感器进行说明。 [0092] 需要说明的是，图14是第五实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图，图15是第五实施例的电路基板11的俯视图，图16是表示切口的第一变形例的电路基板11的俯视图，图17是表示切口的第二变形例的电路基板11的俯视图，图18是表示切口的第三变形例的电路基板11的俯视图，图19是表示切口的第四变形例的电路基板11的俯视图，图20是表示切口的第五变形例的电路基板11的俯视图。 [0093] 第五实施例的吸气温度传感器与第四实施例的吸气温度传感器的结构基本相同，但进行了以下的改良。在本实施例中，在电路基板11与框体的粘接部28的外侧、即吸气温度检测元件23与粘接部28之间的电路基板11上设有切口27，从而将吸气温度检测元件23热绝缘。如此，由于能够减少来自配置在电路基板11上的集成电路10等电子部件的发热的影响，因此吸气温度检测元件23的温度更接近吸气温度，从而能够更准确地计测吸气温度。另外，在本实施例中，由于电路基板11的温度成为吸气温度检测元件23的安装部根部的温度，因此能够由温度传感器24计测电路基板11的温度。即，通过在吸气温度检测元件23的周边配置温度传感器24，至少能够检测出与吸气温度检测元件23的安装部根部的温度相对应的温度。由此，通过进行第一实施例所示的补正处理，从而能够对吸气温度检测元件23的输出信号进行补正，因此能够更准确地检测出吸气温度。需要说明的是，由于框体的热量从与框体粘接的粘接部28向电路基板11传递，因此优选框体采用导热率小的材料以降低框体的热影响。 [0094] 接着，作为切口的第一变形例，形成为图16所示的コ形状的切口29，从而能够进一步提高吸气温度检测元件23的热绝缘性。另外，作为切口的第二变形例，形成为图17所示的L字型的切口30、31，由此能够提高吸气温度检测元件23的热绝缘性且形成热量向温度传感器24的通路，由此能够更加准确地计测吸气温度检测元件23的安装根部的温度，进而通过设置コ形状的切口32而提高温度传感器24的热绝缘性，从而能够减少来自配置在电路基板11上的集成电路10等电子部件的发热的影响。由此，能够更准确地计测吸气温度检测元件23的安装根部的温度，通过第一实施例所示的补正处理，能够更准确地检测出吸气温度。 [0095] 另外，作为切口的第三变形例，形成为图18所示的L字型的切口33，由此能够提高吸气温度检测元件23的热绝缘性且形成热量向温度传感器24的通路，且通过将温度传感器24配置在电路基板11的角部，从而能够减少来自配置在电路基板11上的集成电路10等电子部件的发热的影响。由此，能够更准确地计测吸气温度检测元件23的安装根部的温度，通过第一实施例所示的补正处理，能够更准确地检测出吸气温度。 [0096] 另外，作为切口的第四变形例，形成为图19所示的切口34、35、36，由此能够提高吸气温度检测元件23的热绝缘性且形成热量向温度传感器24的通路，从而能够更准确地计测吸气温度检测元件23的安装根部的温度。由此，通过第一实施例所示的补正处理，能够更准确地检测出吸气温度。 [0097] 另外，作为切口的第五变形例，绕吸气温度检测元件23设置多个图20所示的切口37、即狭缝状的切口，由此能够提高吸气温度检测元件23的热绝缘性，且使切口37作为散热片而发挥功能，能够减小向吸气流散热的散热阻力，从而能够更准确地检测出吸气温度。 [0098] 接着，利用图21对本发明的第六实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图21是第六实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图。 [0099] 第六实施例的吸气温度传感器与第四实施例的吸气温度传感器的结构基本相同，但进行了以下的改良。在本实施例中，配置有将温度传感器38集成化了的集成电路39，通过温度传感器38检测出吸气温度检测元件23的安装根部的温度。这样，能够实现部件件数的减少和可靠性的提高。需要说明的是，在这种情况下，需要使集成电路39的发热实现低消耗电力化而减小对温度传感器38的影响。 [0100] 接着，利用图22、图23、图24、图25对本发明的第七实施例的吸气温度传感器进行说明。需要说明的是，图22是第七实施例的吸气温度传感器的图1的A-A′剖视图，图23是集成电路42的内部框图，图24是表示热敏电阻的使用例的图，图25是表示使用了固定电阻45的电阻值的吸气温度输出的补正方法的图。 [0101] 第七实施例的吸气温度传感器与第一实施例的吸气温度传感器的结构基本相同，但进行了以下的改良。在本实施例中，取代电路基板11而使用了引线框43、44，使用引线框43、44来固定吸气温度检测元件40，在引线框43上配置有将温度传感器41集成化了的集成电路42。 [0102] 在本实施例中，通过在构成吸气温度检测元件40的安装部的引线框43上配置温度传感器41且扩宽引线框43的宽度，能够更准确地检测出吸气温度检测元件40的安装根部的温度，从而能够通过第一实施例所示的补正机构高精度地计测吸气温度。 [0103] 另外，在本实施例中，将吸气温度检测元件40假定为热敏电阻，将与热敏电阻串联连接的固定电阻45集成到集成电路42中。由此容易地进行了图23中的P点的断线检测。 [0104] 图24表示热敏电阻的使用例，但在图24的P点发生了断线的情况下，吸气温度输出浮动，电位不稳定，因此难以进行断线检测。对此，在图23中P点发生了断线的情况下，吸气温度输出的电位被固定电阻45固定为电源电压，输出与热敏电阻正常连接时不会输出的电压，因此能够通过检测出电压的异常而检测出P点的断线。 [0105] 然而，能够集成到集成电路42内部的电阻的温度系数大，需要对此进行补正。在本实施例中，如图23所示那样，由温度传感器41检测出集成电路42的温度，由AD转换器47将温度传感器41的输出数字化，从而由固定电阻值预测电路48来预测固定电阻45的电阻值。并且，由吸气温度补正电路49使用固定电阻值预测电路48预测出的固定电阻45的预测值来对由AD转换器46将吸气温度输出数字化而得到的值进行补正。需要说明的是，吸气温度补正电路49通过进行图25所示的运算处理来排除固定电阻45的影响。 |
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