一般地讲，本发明涉及一种具有温度补偿电路的气流计电路，具体地讲，本发明涉及一种温度补偿电路，该电路用于补偿由于整个气流计电路温度的变化而引起的输出信号的变化。 举例来说，在内燃机中要对内燃机的输入气流量进行检测，并将其做为一个参数来控制内燃机的工作。为了检测输入气流量，可以使用热丝气流计。在该热丝气流计中，把一根预先加热到预定温度的热丝安放在进气通路上，检测流过加热的热丝中的电流便可以检测气流量。做为例子，这种类型的气流计在1981年1月3日授于笹山（Sasayama）等人的美国专利“NO 4，297，881”中有所论述。由于在气流计中被检测的气流量的值是随输入气温的变化而变化的，迄今为止地做法是补偿受进气温度变化影响的输出信号。一般情况下，在热丝气流计中，除了具有一根热丝之外，还装有一根冷丝，该冷丝也被安装在同样的进气通路中，从而在补偿的同时实现对气温的检测。通常，在多种其它类型的输入气流计中此种类型的温度补偿也得到了应用。
即便具有了输入气温的补偿，实际上仍然存在着一个问题，即当环境温度变化时，气流计电路的元器件值将变化，例如电阻的阻值将随气温变化而变化。这样，由于每个元器件温度特性的关系，实际上在气流量与输出信号值之间的关系上也存在着一个温度特性，称为“温度相关”。尤其是在内燃机中使用气流计的情况下，气流计部件是装在发动机室中的，受到很大的温度变化的影响，因此，这个温度相关的问题是很严重的。
发明人已经发现了这种温度相关对于气流计的精度有很大影响，并且认识到了补偿这种温度特性的必要性。
此外，对于气流计温度补偿电路比对于一般的温度补偿电路有较高的精度要求，这是由于气流量与气流检测电路的输出信号值是一个四次幂指数函数的关系，该函数关系将在下面参照公式加以说明。因此，为了测量达到4%精度的流量，检测精度必须保持在1%。此外，由于一个气流计的温度系数与其它气流计的温度系数不尽相同，故理想的情况是可以方便地对温度系数进行所期望的调整，而且温度补偿决不扰乱气流量与输出信号值之间的预先确定的关系。然而，在此之前，制造一个高精度的温度补偿电路，使之适应于上述的对气流计温度补偿电路产生很大影响的特殊条件这一目的尚未实现。
本发明已经实现了这样一个意图：解决由发明人所发现的新的题目，并且满足对整个气流计电路进行温度补偿的要求，以及满足高精度温度补偿电路设备的要求。
因此，本发明的一个目的是提供一个具有温度补偿的气流计电路，该电路能满足前述的题目的要求。
本发明的另一个目的是提供一个高精度温度补偿电路，该电路在结构上是简单的，并且易于调整。
为了达到上述目的，根据本发明，一个气流计电路内装有一个温度补偿电路，该电路在结构上是简单的，并且可以调整，以便使其温度系数达到所期望的值，从而补偿了其它电路而不是温度补偿电路的温度系数，使整个气流计电路的温度系数减少到零。为了获得本发明的结构简单的温度补偿电路，发明人利用了齐纳二极管的一个特征，即齐纳电压温度系数（齐纳电压变化/温度的变化）随齐纳电流值变化而变化，实现了一种通过调整齐纳电流来随意设置温度系数的电路。
通过参照附图，阅读下面的详细叙述部分，可以清楚地了解本发明。在附图中：
图1是一个框图，表示了气流计电路的结构;
图2是一个电路图，根据本发明的具体装置，表示了一个具有温度补偿电路的气流计电路;
图3是一个电路图，用于解释本发明中的温度补偿电路;
图4是一个图解，表示了一个齐纳二极管的温度系数特性的实际例子。
参看图1，气流检测电路20的输出信号连接到“零间隔电路”30的输入端。来自一个稳压电源10的预置参考电压提供到检测电路20和零间隔电路上。
如图1中波状线箭头所示的被测气流碰击到检测电路20的一个气流量检测装置上（该检测装置图中未示出），该被检测的气流量被转换成一个电信号，这个检测的信号输入给零间隔电路30，在这个电路中，输入值与输出值的关系被调整成一个预先确定的关系，特别要确定零点和输入值与输出值的特性曲线的倾斜度。零间隔电路30的这种预定关系是由一个独立控制电路的请求来实现的，该独立的控制电路（未在图中示出）连接到零间隔电路30的输出端。
根据本发明，图2表示了一个具有温度补偿电路的气流计最佳实施方案。在这个实施方案中，前面所述的热丝气流计用来做为气流计。
参看图2，电源电压V+施加到晶体三极管Tr1的集电极上，Tr1的发射极接到一个置于气流通路中的热丝RH上（该通路图中没有示出），这个热丝的另一端通过电阻R1接地。电阻R12跨接于晶体三极管Tr1的集电极与基极上。电阻R2和R10连接在一起的一端接至晶体三极管Tr1的发射极。电阻R2的另一端通过电阻R9接至一个运算放大器OP1的反相输入端。电阻R2的另一端还接到可变电阻R3的一端。可变电阻R3的另一端通过电阻R21接到运算放大器OP4的同相输入端。可变电阻R3和电阻R21之间的接点与热丝RH和电阻R1之间的接点相连接。由于电流通过热丝RH和电阻R1而产生的电压降V2通过电阻R21施加到运算放大器OP4的同相输入端。电阻R10的另一端接到运算放大器OP1的反相输入端。电容器C5跨接在运算放大器OP1的两个输入端上。
运算放大器OP1的同相输入端接到电阻R11的一端，电阻R11的另一端接至电阻R14。电阻R4的一端接至一个常值电压电路100的输出端（常值电压电路由点划线所围），电阻R4的另一端接至电阻R6和可变电阻R5。电阻R6的另一端接到运算放大器OP2的反相输入端，这个运算放大器OP2的同相输入端接到热丝RH与电阻R1之间的接点上。在运算放大器OP2的输出端和反相输入端之间，串接了一根冷丝RC和电阻R8，在冷丝所安装的位置上，被测气流的温度可以被检测到。运算放大器OP2的输出端还通过电阻R11接到运算放大器OP1的同相输入端，并通过电阻R14接地。电阻R7的一端和电容器C1的一端，都接到运算放大器OP2的反相输入端，而它们的另一端均接地。
晶体三极管Tr1，热丝RH上，冷丝RC，电阻R1至R14，电容器C1和C5以及运算放大器OP1和OP2构成一个反馈电路200，该电路控电流IH，使热丝RH的温度保持不变。这样，由于电流流过电阻R1而产生的电压降V2便表征了流量检测信号。具体地说，当气流碰击热丝时，热丝被大气分子带走一部分热量，所以温度有所降低，用于补偿降低的温度的热丝电流量是相应于气流量的。这个反馈电路200相应于图1所示的气流检测电路20。
与反馈电路200的电阻R4相连接的是电阻R18的一端和运算放大器OP3的输出端，也就是常值电压电路100的输出端。可变电阻R19和电阻R20的相连接的一端接到电阻R18的另一端。可变电阻R19的另一端接地，电阻R20的另一端与运算放大器OP4的反相输入端相接。
运算放大器OP3的输出端和反相输入端通过电阻R16连接在一起，该反相输入端通过串联相接的电阻R15和二极管D1接地。电源电压V+通过电阻R27接至运算放大器OP3的同相输入端，同时该同相输入端通过一个反接的齐纳二极管ZD1接地。可变电阻R17连接在运算放大器OP3的输出端和齐纳二极管ZD1的负极之间。可变电阻R17与齐纳二极管ZD1的负极之间的连接点与电容器C2的另一端相接，电容器C2的另一端接地。电源电压V+还通过电阻R28馈入运算放大器OP3。电阻R28的一端与电容器C3的一端均与齐纳二极管ZD2的负极相接，电容器C3的另一端和齐纳二极管ZD2的正极均接地。电容器C3和齐纳二极管ZD2的作用是保护运算放大器OP3，使之不受来自电源的浪涌电压的影响。常值电压电路100就是如此构成的。
同时，运算放大器OP4的反相输入端也与串联的可变电阻R22和电阻R23相接，电阻R23通过反接的齐纳二极管ZD3接地。齐纳二极管ZD3的负极通过电阻24接到运算放大器OP4的输出端，该输出端通过电阻R25接地。电阻R24与电阻R26的一端相接，电阻R26的另一端接到输出端V0。电阻R18到R26、齐纳二极管ZD3和运算放大器OP4构成了零间隔电路300。同运算放大器OP3一样，运算放大器OP1、OP2和OP4都是由电源电压V+提供电源的，但是为了使图更清楚些，没有画出馈线。
图2的电路工作原理将在下面加以简要说明。
为了解释最前面的反馈电路200的工作原理，首先应当明确热丝RH和冷丝RC都具有绕在铝线圈架上的铂线，并且安放在进气通道中，以便使其受到足够的气流影响。热丝和冷丝都具有自己的阻值，而且都具有正的温度特性。换句话说，它们的阻值随温度上升而增加。
晶体三极管Tr1将预先置值的电流IH馈入热丝RH，使其加热到一定的温度，该温度比气流的温度高出一个预定值△IH。另外，由于冷丝RC是做为一个反馈电阻接在运算放大器OP2上，流过冷丝RC的电流非常小，所以冷丝的温度基本上不受该电流的影响，而且保持着与气流一致的温度。
由于电流从热丝RH流入电阻R1而产生的电压V2，经运算放大器OP2放大，然后馈入运算放大器OP1的同相输入端。因为电阻R2与R3的阻值之和和远远大于热丝RH的阻值，所以流过电阻R1的电流基本上就是流过热丝RH上的电流IH。
运算放大器OP2工作时具有一个由冷丝RC的阻值所确定的反馈量，从而补偿了进气温度变化的影响。
运算放大器OP1把与热丝跨接的电阻R2、R3上的电压降分压后电压与运算放大器OP2的输出电压相比较，产生出一个相应于它们的差值的输出电压，该电压通过晶体三极管Tr1馈入热丝RH。这样，流过热丝RH的电流IH便受到控制，使热丝RH的温度比进气温度高出一个恒定值△IH。
结果，当进气流量变化时，热丝上被进气所带走的热量也有所变化，电流IH的变化在某种意义上讲抵消了热丝上被带走的热量的变化。实际上，电流IH是做为进气流量的一个函数而变化的。由于流过电阻R1的电流基本上等于IH，所以电阻R1上的电压降代表了进气流量。特别要指出的是，进气流量Q与电压V2的关系是V2α，这样，馈入到运算放大器OP4的电压V2被放大之后便在输出端产生了一个气流量信号V0。该信号可以送给用于发动机控制的微型计算机，例如用来控制气体/燃料比。
下面将说明零间隔电路300的工作原理。这个电路是一个使用运算放大器的同相放大电路。通过调整反相输入端上的可变电阻R19，使运算放大器OP4的偏置电压变化，从而使输出信号V0达到一个所期望的电平。进而，通过调整运算放大器OP4反馈迥路中的可变电阻R22，可以改变同相放大器的增益，从而随意地设置输出信号V0对于输入信号V2的变化率，即输入/输出特性。正是因为有了这种调整，才使得气流计的输出特性可以与一个控制电路的规格相匹配，该控制电路（未在图中示出）接受输出信号V0的控制。运算放大器OP4输出端的齐纳二极管ZD3用来吸收由外部进入零间隔电路300的高压噪声。
下面说明常值电压电路100的工作原理。这个电路的作用不仅仅是为了给反馈电路200和零间隔电路300中的运算放大器提供参考电压，还是为了完成对整个气流计电路进行温度补偿的任务。这也正是本发明的要点所在。实质上，参考电压的温度系数可以被调整，从而去补偿整个气流计电路的温度影响。为了详细说明问题，请参看图3和图4。
在图3中，为了简单起见，电源电压馈线和电阻R28没有示出，同样也没有示出为了保护运算放大器使之不受浪涌影响而设置的并联连接的齐纳二极管ZD2与电容器C3，也没有示出噪声保护电容器C2及对电源“开”“关”时常值电压电路中产生的起动电流起旁路作用的电阻R27，所有上述未出示的部分对于本发明来说都是不主要的。
以日立公司（Hitachi）生产的HZ2B-LL型齐纳二极管为例，温度系数特性Y2（mv/℃）与在本发明中起基本作用的齐纳二极管电流Iz（mA）的关系如图4所示，在此图中，对数刻度的横座标代表齐纳电流，纵座标代表随齐纳电流变化而变化的齐纳电压的温度系数。
根据这个特性曲线，齐纳二极管温度系数可以由公式（1）表明：
γz＝α·lnIz+β ……（1）
式中：α＝4.78×10-4β＝2.54×10-4
图3的实施方案包括了运算放大器OP、电阻RA、RB和RC，二极管D1和齐纳二极管ZD1。设二极管D1的正向压降为VF，齐纳二极管的齐纳电压为VZ，输出电压为VS，则有如下的结果：
Vs = -RBRAVF+ (1+RBRA)VZ……(2 )]]>
忽略电阻RA和RB的温度系数，该常值电压电路的输出电压温度系数γs可以从下式得出：
γS=dVSdT=RBRA(SVZST-SVFST)]]>
=RBRA(γZ-γF) ……(3)]]>
式中的γF代表二极管D1的温度系数。
从等式（3）中可以看出，通过变化齐纳二极管ZD1的温度特性γZ便可以随意调节常值电压电路的温度系数γS。例如，考虑到二极管的温度系数γF一般在-2mv/℃量级，通过调节齐纳电流Iz可以使γz＝-2mv/℃，这时输出电压Vs的温度系数γS便可调到大约Omv/℃。然而γz＝-2mv/℃这个值已经出了图4所示的控制的范围，为了得到γs大约为Omv/℃这个值，可以将二极管D1短路（不用二极管），使等式（3）中的γF等于零，然后通过调节可变电阻RC使齐纳电流Iz达到约5mA，这样便使γz基本上等于零。图3和图2的电路使用了二极管D1，这是因为如果不使用二极管D1，为了提供一个具有正温度系数的常值电压电路，就必须使齐纳电流大于5mA，这就增加了电源电路的功率损耗。使用了图2所示的二极管D1，在齐纳电流小于5mA的情况下，可以容易地进行正温度系数的调节。例如，在RB/RA＝1.0，VF＝0.7V，Vz＝2V的情况下，为了得到正温度系数，则有：
γs＝1×（γz+2）（mv/℃） ……（4）
从图4的特性曲线得出：Iz＝1mA时，γz＝0.77mv/℃则可以得到：
γs＝1.23mv/℃ ……（5）
这个γs是正的。
据此，通过调节可变电阻RC来变化齐纳电流Iz，便可以随意将常值电压电路的温度系数γs设置成正、零或负值。
由于可变电阻RC的调节对设置电压VS的绝对值没有什么影响（实际上，齐纳二极管的内阻和齐纳电压的微小增加可以忽略不计），故图3所示的温度补偿电路可以被应用于一个要求抑制温度相关特性的电路中，为了进行温度补偿而调节可变电阻Rc，从而抑制了温度相关。图2所示的本发明的气流计电路实施了以上所描述的温度补偿的基本原理。
在图2的电路中，零间隔电路300的输出信号Vo是：
V0= 1+R22R20+ (R18// R19)· R1·IH]]>
-R22R20+(R18∥R19)·R19R18+R19VZ……(6)]]>
式中：IH是流过热丝RH的电流，Vz是齐纳二极管ZD1的齐纳电压，符号“∥”表示电阻R18和R19的并联，也就是R18∥R19＝R18·R19/R18+R19。
假定：
1 +R22R20+ (R18// R19)= C]]>
R22R20+ (R18//R19)·R19R18+ R19= D]]>
等式（6）则简化为：
Vo＝C·Vz-D·Vz ……（7）
式中：V2是前面所述的电阻R1上的电压降。
根据基本公式（King′s formula），气流检测输出信号V2与气流量Q之间的关系是：
V22= A+BQ]]>……（8）
式中：Q的单位是kg/h（公斤/小时），A和B是系数，V2由下式给出：
V2＝IH×R1……（9）
结果是热丝RH中的电流IH与气流量Q的关系是四次方根的函数关系，系数A、B、C和D由构成气流计电路的电阻确定。
当气流计部件的温度变化时，在电路元件温度系数的影响下参数（尤其是C、D、IH和R1）也有变化，结果使气流计电路的输出信号Vo也有变化。参照等式（2）和（3），通过调节常值电压电路100的输出电压Vs的温度系数γs，可以抵消输出信号Vo的变化。
设由温度变化引起的输出电压Vo的变化为△Vo，从等式（7）和（9）可以得出：
△Vo＝CR1△IH+IH（C△R1+R1△A）-△D·Vs-D·△Vs……（10）
通过调整温度系数γs来改变常值电压电路100输出电压Vs的温度相关变化△Vs，就可以将等式（10）给出的气流计电路输出电压变化△Vo减小到零。
实际上，首先把气流计电路置放于一个预定环境温度中，确认其输出电压，然后把它放在一个不同的环境温度中，调节可变电阻Rc，使电路在后一个环境温度中输出电压的值等于该电路在前一个环境温度中的输出电压值。
如上所述，根据本发明，可以提供出一种不受温度相关影响的气流计电路。由于补偿了温度相关，输出信号便不随环境温度变化而变化。根据本发明，还可以提供出高精度的温度补偿电路。该温度补偿电路不仅可以用于气流计电路，还可以用于各种控制电路，在这些控制电路中，人们不希望产生由于温度变化而出现的输出信号的变化。此外，温度补偿电路的温度系数可以随意设置，这个特性可以应用于对温度系数有特殊要求的电路中。
进一步要说明的是，本发明决不仅限于所叙述的实施方案，它可以包括与本发明的本质和权利要求范围一致的变型。例如，本发明可以用于其它类型的气流计而不是前面所述的热丝气流计。此外，通过调节与运算放大器输出端和齐纳二极管相接的可变电阻（如前述的实施方案），可以调节齐纳电流。但如果齐纳电流不需要调节，可变电阻就可以用一个固定电阻来代替，然后把该电阻稍加修整。另一方面，通过一个常值电源和电流控制装置的单独组合也可以调节齐纳电流。