JP2021124472A

JP2021124472A - 複合センサ

Info

Publication number: JP2021124472A
Application number: JP2020020261A
Authority: JP
Inventors: 順一善積; Junichi Yoshizumi
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2020-02-10
Filing date: 2020-02-10
Publication date: 2021-08-30

Abstract

【課題】本開示は、複合センサに関し、湿度の検出劣化を抑制することを目的とする。【解決手段】本開示の複合センサの一態様は、湿度検出部と、圧力検出部と、温度検出部と、信号処理部と、パッケージを備え、パッケージは、開口領域と閉口領域を有しており、湿度検出部は、開口領域に配置される第１の感温素子と、閉口領域に配置される第２の感温素子とを有しており、信号処理部は、第１の感温素子からの出力情報と第２の感温素子からの湿度を算出して、温度検出部からの温度情報と圧力検出部の圧力情報とに基づいて算出した湿度を補正して湿度補正情報を出力するように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、湿度を検出するための複合センサに関する。

湿度は、温度と圧力と密接な関係を有している。したがって、湿度の検出においては測定領域における温度と圧力の情報を基に湿度の検出値を補正して出力することが知られている。

また、このような湿度を測定するデバイスとしては、湿度センサ、圧力センサおよび温度センサを一体とする構造が提案されている。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１５−４５５１５号公報

このような複合センサに用いられる湿度センサは測定対象となる気体中の水蒸気量を検知するため、検出部となる高分子ポリマー等の感湿部材を露出させている。しかしながら、検出部を気体中に露出させた場合、気体に含まれる粉塵等が検出部に付着してしまい、湿度センサの検出精度が劣化してしまうという問題があった。

本開示は、このような問題を解決し、湿度の検出劣化を抑制した複合センサを提供する。

本開示の複合センサの一態様は、湿度検出部と、圧力検出部と、温度検出部と、信号処理部と、パッケージを備え、パッケージは、開口領域と閉口領域を有しており、湿度検出部は、開口領域に配置される第１の感温素子と、閉口領域に配置される第２の感温素子とを有しており、信号処理部は、第１の感温素子からの出力情報と第２の感温素子からの湿度を算出して、温度検出部からの温度情報と圧力検出部の圧力情報とに基づいて算出した湿度を補正して湿度補正情報を出力するように構成されている。

この構成により、湿度の検出劣化を抑制した複合センサを提供することができる。

図１は、本開示の一実施の形態における複合センサの断面図である。

以下、本開示の一実施の形態について図を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する趣旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のう
ち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

図１に本開示に関する複合センサの断面を示す。複合センサ１００は、湿度検出部１０と温度検出部２０と圧力検出部３０と信号処理部４０をパッケージ５０の内部に配置した構成である。

パッケージ５０は、収容部５１と蓋５２を有する。収容部５１は、凹部５３を有している。蓋５２は、凹部５３を覆うように収容部５１の開口端に配置されている。蓋５２は貫通孔５２Ａを有している。凹部５３は開口幅の小さい第１領域５３Ａと、開口幅が大きい第２領域５３Ｂを有している。収容部５１は、段差部５１Ａを有している、段差部５１Ａより凹部５３の底側が第１領域５３Ａであり、段差部５１Ａより凹部５３開口側が第２領域５３Ｂである。パッケージ５０は、内部に基板５４を有している。基板５４は、端部が段差部５１Ａに接続されている。第１領域５３Ａと第２領域５３Ｂは基板５４により空間的に分離されている。つまり、第２領域５３Ｂは、貫通孔５２Ａを介して外部から気体を導入することができる開口領域であり、第１領域５３Ａは外部空間から遮蔽された閉口領域である。第１領域５３Ａには、乾燥空気が充填されている。なお、収容部５１は、耐熱性や耐油性を有する樹脂で構成することが好ましい。収容部５１を構成する樹脂は、たとえばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂である。蓋５２は、収容部５１と同じ樹脂もしくはステンレスやセラミックなどの腐食性が低い金属で構成することができる。基板５４は、プリント基板やセラミック基板といった通気性の低い電気配線が可能なものを用いることが好ましい。また、パッケージ５０は、外部回路と接続するための接続部５５を有している。接続部５５は外部回路との接続用の凹部５５Ａと、凹部５５Ａに導出された金属ターミナル５５Ｂを有している。金属ターミナル５５Ｂは、基板５４に設けられた電気配線と適宜接続されている。

圧力検出部３０は、基板５４の第２領域５３Ｂの側に実装されている。圧力検出部３０は、たとえば圧力によるダイヤフラムの変形を電気信号に変換する感圧素子３１を有している。感圧素子３１は、圧電体や静電容量コンデンサで構成される。

温度検出部２０は、基板５４の第２領域５３Ｂの側に実装されている。温度検出部２０は、例えば、温度変化により抵抗値が変化する感温素子２１を有している。感温素子２１は、サーミスタで構成される。サーミスタを用いた感温素子は、サーミスタで構成された感温チップの周囲をガラスや樹脂等で封止した構造であるため、粉塵等の付着による検出感度の変化が小さい。

湿度検出部１０は、感温型の湿度センサである。感温型の湿度センサは、感温素子１１と感温素子１２を有している。感温素子１１は、基板５４の第１領域５３Ａの側に実装される。感温素子１２は、基板５４の第２領域５３Ｂの側に実装される。

信号処理部４０は、基板５４の第１領域５３Ａの側に実装される。信号処理部４０は、第１領域５３Ａと第２領域５３Ｂの絶体温度差による熱伝導率の違いから湿度の初期情報を算出する。また、信号処理部４０は、温度検出部２０から得られる温度情報と圧力検出部３０から得られる圧力情報を基に湿度の初期情報を補正することができる。この場合、信号処理部４０は、補正に関する補正情報をあらかじめ信号処理部４０メモリ等の記憶部に記憶させておいてもよい。信号処理部４０は、補正情報を出力することで、測定環境の影響を抑制した湿度情報を出力することができる。

ここで、湿度検出部１０を感温素子１１と感温素子１２を組み合わせた感温型の湿度センサとしたことにより、粉塵等が感温素子に付着したことによる検出精度の劣化は、従来
の感湿部材に付着した場合に比べ格段に小さくなる。

また、湿度センサを構成する第２領域５３Ｂに配置された感温素子１２は、第２領域５３Ｂの温度を検出するものである。したがって、感温素子１２を温度検出部２０の感温素子として活用することができる。つまり、感温素子１２を温度検出部２０として兼用することで、複合センサ１００における部品点数を削減することができる。

本発明は、複合センサに関して、湿度の検出劣化を抑制することができ、特に排気ガス等の使用環境における汚れが厳しい産業用途に有効となる。

１０湿度検出部
１１、１２、２１感温素子
２０温度検出部
３０圧力検出部
４０信号処理部
５０パッケージ
５３Ａ第１領域
５３Ｂ第２領域
１００複合センサ

Claims

測定領域における気体の湿度を検出する湿度検出部と、
前記気体の圧力を検出する圧力検出部と、
前記気体の温度を検出する温度検出部と、
前記湿度検出部、前記圧力検出部と前記温度検出部に接続された信号処理部と、
前記湿度検出部、前記圧力検出部、前記温度検出部と前記信号処理部を包含したパッケージを備え、
前記パッケージは、前記気体が流入可能な第１領域と、前記気体が流入できない第２領域を有しており、
前記湿度検出部は、前記第１領域に配置される第１の感温素子と、前記第２領域に配置される第２の感温素子とを有しており、
前記信号処理部は、
前記第１の感温素子からの出力情報と前記第２の感温素子からの出力情報の差を湿度の初期情報として、前記温度検出部からの検出情報と前記圧力検出部の検出情報とに基づいて前記初期情報を補正した湿度の補正情報を出力するように構成されている、複合センサ。
前記温度検出部は、前記第２の感温素子により構成されている、
請求項１に記載の複合センサ。
前記温度検出部と前記第１の感温素子と前記第２の感温素子は、それぞれサーミスタで構成されている、
請求項１または請求項２に記載の複合センサ。