熱式流量傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種根據(jù)向空氣的散熱量來測量空氣流量的熱式流量傳感器，尤其涉及在測量汽車的內(nèi)燃機(jī)所吸入的空氣流量時適用的熱式流量傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]—直以來，作為這種測量空氣流量的裝置，各種構(gòu)造及方式的裝置已被投入實際使用，而因為伴隨著發(fā)動機(jī)高性能化的流量測定的高精度化要求，特別是為了降低發(fā)動機(jī)脈動時的傳感器誤差，研究出了流量傳感器的逆流檢測方式。以前，專利文獻(xiàn)I所代表的那種熱線式的流量傳感器是主流，而不管是順流、逆流，特性都是在正方向上變化，因此，在產(chǎn)生逆流這種脈動條件下，熱線式流量傳感器產(chǎn)生濃誤差(日文誤差)(平均流量變高的誤差)(參照圖1)。
[0003]對此，能檢測順流和逆流的方向的熱式流量傳感器由于不必反轉(zhuǎn)逆流波形地進(jìn)行輸出，因此能夠抑制所述誤差的產(chǎn)生。這種熱式流量傳感器的通常結(jié)構(gòu)是一種如專利文獻(xiàn)2所示那樣使用半導(dǎo)體工藝在硅基板(晶圓)形成電阻和絕緣膜、通過背面蝕刻進(jìn)行薄膜化從而抑制熱容量的高速響應(yīng)型流量傳感器。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本特開平11-83584號公報
[0007]專利文獻(xiàn)2:日本特開2012-32247號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]但是，即使是專利文獻(xiàn)2所示的流量傳感器，在發(fā)動機(jī)脈動那種超過10Hz的高頻脈動下也會產(chǎn)生響應(yīng)延遲，會產(chǎn)生專利文獻(xiàn)I明示的那種負(fù)誤差(二值化現(xiàn)象)(以下稱為“稀誤差”(日文:y— >誤差))。作為應(yīng)對的做法，主流的做法是設(shè)計旁通通路構(gòu)造以使慣性效果發(fā)揮作用抵消稀誤差。
[0010]筆者已知:在旁通設(shè)計中，發(fā)動機(jī)脈動在200%以上(=產(chǎn)生逆流的脈動條件)的脈動振幅產(chǎn)生的區(qū)域里，為了降低200%以下的脈動振幅的區(qū)域的誤差而設(shè)計的旁通構(gòu)造在產(chǎn)生逆流時難以將逆流取入到旁通通路內(nèi)，在200%以上的高脈動振幅區(qū)域里，有產(chǎn)生濃誤差的傾向。
[0011]S卩，流量傳感器的響應(yīng)延遲引起的稀誤差和旁通通路的慣性效果引起的濃誤差相互抵消的脈動振幅區(qū)域是有限制的。近年來出現(xiàn)如下課題:在代表以提高燃料效率為目的的VTC發(fā)動機(jī)的發(fā)動機(jī)環(huán)境下，產(chǎn)生接近1000%的脈動振幅，以前的流量傳感器中會產(chǎn)生濃誤差變大的特定的脈動振幅條件。
[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種提高計測精度的熱式流量傳感器。
[0013]用于解決課題的手段
[0014]為了解決上述課題，本發(fā)明的熱式流量傳感器構(gòu)成為，具有:空氣流量檢測元件，該空氣流量檢測元件具有在半導(dǎo)體基板上具備薄膜部的隔膜；以及修正電路部，其在所述隔膜上具有至少一個發(fā)熱電阻，且在所述發(fā)熱電阻的上游側(cè)和下游側(cè)至少各形成有一個檢測溫度的測溫電阻，該修正電路部至少根據(jù)上游側(cè)和下游側(cè)的兩個所述測溫電阻的溫度差信息處理所述空氣流量檢測元件的輸出信號，其中，所述修正電路部所處理的輸出信號的波形是在波形的峰值超過某個任意的規(guī)定值時輸出所述規(guī)定值從而將形成峰值的波峰或波谷的一部分切成所述規(guī)定值的波形。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種提高計測精度的熱式流量傳感器。
【附圖說明】
[0017]圖1是熱線式空氣流量計的濃誤差的說明圖。
[0018]圖2是熱式流量傳感器的一實施方式的說明圖。
[0019]圖3(a)是熱式流量傳感器的輸出電壓的電氣配線圖。
[0020]圖3(b)是熱式流量傳感器的輸出電壓的一實施方式的說明圖。
[0021 ]圖4是熱式流量傳感器的實車搭載的情況下的說明圖。
[0022]圖5是元件的響應(yīng)延遲引起的二值化誤差的說明圖。
[0023]圖6是本發(fā)明的脈動誤差的說明圖。
[0024]圖7是本發(fā)明的修正方法的一實施方式的說明圖。
[0025]圖8是修正前的元件輸出波形的說明圖。
[0026]圖9是本發(fā)明的修正方法的一實施方式的波形的說明圖。
[0027]圖10(a)是說明實車上的節(jié)氣門開度和平均流量的關(guān)系性的圖。
[0028]圖10(b)是說明實車上的節(jié)氣門開度和脈動率的關(guān)系性的圖。
[0029]圖11是本發(fā)明的修正方法的一實施方式的說明圖。
[0030]圖12是說明本發(fā)明的經(jīng)過HPF修正之后的波形的圖。
[0031]圖13是本發(fā)明的修正方法的一實施方式的說明圖。
[0032]圖14是本發(fā)明的修正方法的一實施方式的說明圖。
[0033]圖15是本發(fā)明線性變換修正的說明圖。
[0034]圖16(a)是說明輸入波形混入噪聲前后的鉗位修正值的切換的圖。
[0035]圖16(b)是說明輸入波形混入噪聲產(chǎn)生的鉗位修正誤差的圖。
[0036]圖17是說明輸入波形混入噪聲前后的流量修正值的切換的圖和輸入波形混入噪聲所產(chǎn)生的加法方式修正誤差的圖。
[0037]附圖符號說明:
[0038]10……硅基板；
[0039]11……絕緣膜和電阻的層疊膜；
[0040]12……隔膜；
[0041 ] 13……加熱器；
[0042]14……上游測溫電阻；
[0043]15……下游測溫電阻；
[0044]16……中間電位；
[0045]20……傳感元件；
[0046]25……支承基板；
[0047]30……殼體構(gòu)件；
[0048]40……吸氣管道。
【具體實施方式】
[0049]下面，說明本發(fā)明的實施方式。
[°°50]首先，對熱式流量傳感器進(jìn)行大概說明。圖2表示熱式流量傳感器的傳感元件20。傳感元件20是使用半導(dǎo)體技術(shù)制造的。在硅基板(晶圓)10上形成層疊氧化膜或氮化膜的絕緣膜、電阻而成的層疊膜11之后，通過蝕刻從硅基板10的背面?zhèn)热コ栊纬煽斩床?。這時，層疊膜11形成為作為薄膜部殘留。該薄膜部稱為隔膜12。該隔膜12上的中心部配置有加熱電阻的加熱器13，該加熱器13的上游側(cè)及下游側(cè)配置有相對于加熱器13左右對稱的上游測溫電阻14、下游測溫電阻15。通常作為檢測方法，通常串聯(lián)連接上游測溫電阻14和下游測溫電阻15，提取其中間電位(Eout)16作為流量信號(參照圖3(a))。此外，圖3(b)表示此時的流量和Eout的關(guān)系。
[0051 ]下面，圖4表示搭載有上述傳感元件20的熱式流量傳感器的概略圖。
[0052]傳感元件20搭載在支承基板25上，該支承基板25與殼體構(gòu)件30連接，具有用來將吸氣管道40的一部分空氣誘導(dǎo)向傳感元件20的旁通通路31。
[0053]在這種安裝環(huán)境下，脈動的空氣到達(dá)熱式流量傳感器。脈動的頻率取決于發(fā)動機(jī)的活塞轉(zhuǎn)速。脈動流的頻率一般是I OHz?200Hz左右。相對于該脈動流，傳感元件20的輸出會產(chǎn)生響應(yīng)延遲。筆者通過實驗確認(rèn)到，尤其對于用半導(dǎo)體技術(shù)制造的元件，大概40Hz以上的頻率就會產(chǎn)生響應(yīng)延遲。這里產(chǎn)生響應(yīng)延遲時，由于空氣流量和輸出信號的非線性特性會產(chǎn)生負(fù)誤差(稀誤差)(參照圖5)。
[0054]對此，近年來，做出了改善因熱式流量傳感器的響應(yīng)延遲造成的稀誤差的努力，其結(jié)果是，如圖4所示，設(shè)置使空氣迂回流動的旁通通路31，在該旁通通路31配置流量傳感器。此外，通過使取入的吸入空氣迂回來離心分離吸入空氣所含的灰塵等，由此，向傳感元件20的灰塵等的到達(dá)量也一并降低。這種迂回旁通通路方式如圖6的脈動時特性(誤差)所示，沒有旁通通路的狀態(tài)(沒有旁通)時，發(fā)動機(jī)脈動時會因為流量傳感器的響應(yīng)延遲而產(chǎn)生稀誤差。因此，作為使稀誤差回到零基準(zhǔn)(向濃側(cè)修正)的做法，利用在旁通通路流動的空氣的慣性。
[0055]但是，雖然利用這種迂回旁通通路構(gòu)造的慣性效果，在圖6所示的產(chǎn)生逆流的脈動振幅率(200%)以下的低脈動振幅區(qū)域，有使脈動誤差接近零的有效方法，但是在200%以上的高脈動振幅區(qū)域，存在如下問題:這時濃誤差的趨勢變強(qiáng)，很難全部覆蓋從低區(qū)域到高區(qū)域的范圍。
[0056]實施例一
[0057]圖7表示本發(fā)明的修正單元的一構(gòu)成例。傳感元件20的輸出即元件輸出被取入修正LSI內(nèi)部，被內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換(D-1n)。該輸入值通過最大值檢測電路及最小值檢測電路，由此分別被識別為D-max、D-min。這兩個輸出值通過計算模塊算出平均流量(D-ave)和流量振幅(D-amp)的數(shù)值。以這兩個輸出值為參數(shù)的修正鉗位值(D-clp)通過鉗位修正映射選擇。通過比較計算該修正鉗位值(D-clp)和原輸入值(D-1n)能夠防止原輸入值比修正鉗位值大。即，比較原輸入值(D-1n)和修正鉗位值(D-cIp)時，在不超過修正鉗位值(D-clp)的情況下，原輸入值(D-1n)作為通過波形比較來比較計算而得的數(shù)值(D-out)而輸出，另一方面，在超過修正鉗位值(D-clp)的情況下，修正鉗位值(D-clp)作為通過波形比較來比較計算而得的數(shù)值(D-out)而輸出。另外，輸入值超過某個任意規(guī)定值(這里，與修正鉗位值對應(yīng))時，輸出該任意規(guī)定值，并且以該規(guī)定值成為波形的振幅的最大值(或者最小值)的方式進(jìn)行設(shè)定，以后將以某個任意規(guī)定值切割輸出波形的波峰(或波谷)的操作稱為鉗位，將這種修正稱為鉗位修正。
[0058]被比較計算的數(shù)值(D-out)被D/A轉(zhuǎn)換并作為流量傳感器的輸出信號輸出，被ECU讀取。
[0059]下面，使用圖8及圖9說明上述修正方法的效果。首先，圖8表示脈動振幅率在200%以上(脈動振幅直到逆流區(qū)域)的狀態(tài)。圖8的實線表示實際的吸氣管道內(nèi)的脈動波形，其平均值(粗點劃線)是實際的數(shù)值。相對地，對流量傳感器的元件輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而得的數(shù)值成為圖8的D-1n的虛線波形。該虛線波形相對于實際的空氣脈動產(chǎn)生響應(yīng)延遲，振幅變小，并且，示出了通過旁通旁路的迂回產(chǎn)生的慣性效果而使整體的平均值在正誤差方向上大幅偏移的波形。由此，D-1n的平均值(細(xì)