JP6818919B1 - 温度センサモジュール - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、実施の形態1に係る温度センサモジュール100の概略構成図である。温度センサモジュール100は被測定媒体の温度を検出するモジュールで、被測定媒体の温度に応じた電気信号を出力する。温度センサモジュール100は、温度センサ素子1と信号処理回路2とを備える。ここでは、被測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化する測温抵抗体を温度センサ素子1として用いる。本願における温度センサ素子1を用いて温度を検出する方法は、温度センサ素子1と信号処理回路2に内蔵された直列接続抵抗3とを直列に接続し、温度センサ素子1と直列接続抵抗3の両端に予め定めた供給電圧が印加され、温度センサ素子1と直列接続抵抗3との接続点9から温度の変化に応じた出力電圧を得て温度を検出する方法である。
本願の要部である直列接続抵抗3の抵抗値を一定値に保つ信号処理回路2の内部の回路構成について説明する。信号処理回路2は、図1に示すように、温度検出回路4と、第1のアナログ−デジタル変換回路5と、デジタル信号処理回路6と、メモリ7と、デジタル−アナログ変換回路8と、を備える。温度検出回路4は、信号処理回路2の温度を検出して第1のアナログ−デジタル変換回路5に出力する。信号処理回路2がシリコンからなる集積回路である場合、温度検出回路4には半導体温度センサとしてシリコンダイオードが設けられる。第1のアナログ−デジタル変換回路5は、温度検出回路4の出力信号をデジタル信号に変換してデジタル信号処理回路6に出力する。
デジタル−アナログ変換回路8と直列接続抵抗3においての、直列接続抵抗3の抵抗値を一定値に保つための構成について説明する。デジタル−アナログ変換回路8と直列接続抵抗3は、例えば、信号処理回路2に内蔵されたデジタルポテンショメータである。デジタルポテンショメータ内に構成される直列接続抵抗3の例を、図4に示す。直列接続抵抗3は、直列に接続された複数の抵抗素子3aと、複数の抵抗素子3aのそれぞれの両端子を直結又は非直結にする複数のスイッチ素子3bと、を有し、複数のスイッチ素子3bのそれぞれは、伝達された指令信号により個別にオン又はオフされる。直列接続抵抗3は、スイッチのオン又はオフを切り替えることで抵抗値が変化する。デジタル信号処理回路6からのデジタルの指令信号に基づいて、温度による抵抗変化を相殺するようにスイッチのオン又はオフを制御することで、直列接続抵抗3の抵抗値を容易に一定値に保つことができる。直列接続抵抗3は、図4に示した構成に限るものではなく、ラダー回路のような可変抵抗であっても構わない。デジタル−アナログ変換回路8と直列接続抵抗3の構成は、固定抵抗とデジタルポテンショメータの組み合わせ、もしくは複数のデジタルポテンショメータの組み合わせであっても構わない。
メモリ7には、不揮発性のROM(Read Only Memory)が用いられる。メモリ7にマスクROMを用いた場合、マスクROMに記憶された内容はマスクROMの製造後に書き換えることができない。そのため、信号処理回路2の製造プロセスにおいて、直列接続抵抗3の規格中心値に関する直列接続抵抗のデータをメモリ7に記憶させる。マスクROMを用いた場合、直列接続抵抗3のそれぞれが有するばらつきに応じた直列接続抵抗のデータをメモリ7に記憶させることはできない。
実施の形態2に係る温度センサモジュール100について説明する。図5は、実施の形態2に係る温度センサモジュール100の概略構成図である。実施の形態2に係る温度センサモジュール100は、信号処理回路2に第2のアナログ−デジタル変換回路10を備えた構成になっている。
温度センサ素子1が白金抵抗体である場合について説明する。メモリ7は、基準温度、白金抵抗体の基準温度における抵抗値である基準抵抗値、及び白金抵抗体の温度に対する白金抵抗体の抵抗値の変化の傾きを、温度センサ素子データとして記憶する。ここで、基準温度をT0、基準抵抗値をR0、傾きをα、直列接続抵抗3の抵抗値をRp、直列接続抵抗3及び白金抵抗体に供給される供給電圧をV0、直列接続抵抗3と白金抵抗体との接続点9の電圧をVA、任意の温度TAのときの白金抵抗体の抵抗値をRAとすると、抵抗値RAは式(3)で表される。
温度センサ素子1がNTCサーミスタである場合について説明する。NTCサーミスタは、温度に対して抵抗が対数で変化する特性を備える。メモリ7は、基準温度、NTCサーミスタの基準温度における抵抗値である基準抵抗値、及びNTCサーミスタの温度に対するNTCサーミスタの抵抗値の変化の傾きを、温度センサ素子データとして記憶する。ここで、基準温度をT0、基準抵抗値をR0、傾きをB、直列接続抵抗3の抵抗値をRp、直列接続抵抗3及びNTCサーミスタに供給される供給電圧をV0、直列接続抵抗3とNTCサーミスタとの接続点9の電圧をVB、任意の温度TBのときのNTCサーミスタの抵抗値をRBとすると、抵抗値RBは式(8)で表される。
メモリ7にマスクROMを用いた場合、マスクROMに記憶された内容は書き換えることができない。そのため、信号処理回路2の製造プロセスにおいて、予め接続する温度センサ素子1が決まっていれば、接続される温度センサ素子1の基準抵抗値、及び傾きについての規格中心値に関する温度センサ素子データをメモリ7に記憶させる。マスクROMを用いた場合、温度センサ素子1のそれぞれが有するばらつきに応じた温度センサ素子データをメモリ7に記憶させることはできない。
実施の形態3に係る温度センサモジュール100について説明する。図6は、実施の形態3に係る温度センサモジュール100の概略構成図である。実施の形態3に係る温度センサモジュール100は、物理量センサ11、及び信号処理回路2に第3のアナログ−デジタル変換回路12を備えた構成になっている。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
Claims (9)
- 被測定媒体の温度に応じて抵抗値が変化する温度センサ素子と、
前記温度センサ素子と接続され、前記温度センサ素子の抵抗値に相関する電気信号を出力する信号処理回路と、を備えた温度センサモジュールであって、
前記信号処理回路は、
前記温度センサ素子と直列に接続され、伝達された指令信号に応じて抵抗値が変化する抵抗である直列接続抵抗と、
前記信号処理回路の温度を検出して出力する温度検出回路と、
前記温度検出回路の出力信号をデジタル信号に変換して出力する第1のアナログ−デジタル変換回路と、
前記直列接続抵抗の抵抗値と温度との関係に関する直列接続抵抗のデータを記憶したメモリと、
前記メモリに記憶された前記直列接続抵抗のデータを用い、前記信号処理回路の温度を表す前記デジタル信号に基づいて、前記直列接続抵抗の抵抗値を一定値に保つようなデジタルの指令信号を演算し出力するデジタル信号処理回路と、
前記デジタルの指令信号を、アナログの指令信号に変換して、前記直列接続抵抗に出力するデジタル−アナログ変換回路と、を備えた温度センサモジュール。 - 前記直列接続抵抗は、直列に接続された複数の抵抗素子と、前記複数の抵抗素子のそれぞれの両端子を直結又は非直結にする複数のスイッチ素子と、を有し、前記複数のスイッチ素子のそれぞれは、伝達された前記指令信号により個別にオン又はオフされる請求項1に記載の温度センサモジュール。
- 前記信号処理回路は、
前記温度センサ素子と前記直列接続抵抗との接続点の電圧信号をデジタル電圧信号に変換して出力する第2のアナログ−デジタル変換回路を備え、
前記メモリは、前記温度センサ素子の抵抗値と前記温度センサ素子の温度との関係に関する温度センサ素子データを記憶し、
前記デジタル信号処理回路は、前記メモリに記憶された前記温度センサ素子データを用い、前記デジタル電圧信号に基づいて前記温度センサ素子の温度を演算し、前記電気信号として出力する請求項1又は2に記載の温度センサモジュール。 - 前記温度センサ素子は白金抵抗体であって、
前記メモリは、基準温度、前記白金抵抗体の前記基準温度における抵抗値である基準抵抗値、及び前記白金抵抗体の温度に対する前記白金抵抗体の抵抗値の変化の傾きを、前記温度センサ素子データとして記憶している請求項3に記載の温度センサモジュール。 - 前記デジタル信号処理回路は、前記基準温度をT0とし、前記基準抵抗値をR0とし、前記傾きをαとし、前記直列接続抵抗の抵抗値をRpとし、前記直列接続抵抗及び前記温度センサ素子に供給される供給電圧をV0とし、前記接続点の前記デジタル電圧信号をVAとし、次式
TA=T0+1/α×{VA/(V0−VA)×RP−R0}
を用いて、前記温度センサ素子の温度TAを演算する請求項4に記載の温度センサモジュール。 - 前記温度センサ素子はNTCサーミスタであって、
前記メモリは、基準温度、前記NTCサーミスタの前記基準温度における抵抗値である基準抵抗値、及び前記NTCサーミスタの温度に対する前記NTCサーミスタの抵抗値の変化の傾きを、前記温度センサ素子データとして記憶している請求項3に記載の温度センサモジュール。 - 前記デジタル信号処理回路は、前記基準温度をT0とし、前記基準抵抗値をR0とし、前記傾きをBとし、前記直列接続抵抗の抵抗値をRpとし、前記直列接続抵抗及び前記温度センサ素子に供給される供給電圧をV0とし、前記接続点の前記デジタル電圧信号をVBとし、次式
TB=1/[1/B×ln{RP/R0×(V0−VB)/VB}+1/T0]
を用いて、前記温度センサ素子の温度TBを演算する請求項6に記載の温度センサモジュール。 - 特定の物理量を検出する物理量センサを備え、
前記信号処理回路は、前記物理量センサの出力信号をデジタル物理量信号に変換して出力する第3のアナログ−デジタル変換回路を有し、
前記メモリは、前記物理量センサの出力値と温度との関係に関する物理量センサ温度データを記憶し、
前記デジタル信号処理回路は、前記メモリに記憶された物理量センサ温度データを用い、前記信号処理回路の温度を表す前記デジタル信号に基づいて、前記デジタル物理量信号を補正して出力する請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の温度センサモジュール。 - 前記メモリは、プログラマブルROMである請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の温度センサモジュール。
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