JPH0593733A

JPH0593733A - センサ

Info

Publication number: JPH0593733A
Application number: JP3280595A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Osada; 田慎一長; Tsugi Tanihiro; 広次谷
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】オフセット電圧のばらつきによる電源投入時
の動作不良を回避し、安定して動作する、センサを提供
する。【構成】このセンサ１０は、ブリッジ回路２０を含
む。ブリッジ回路２０は、ヒータ用温度センサ１２，温
度補償用温度センサ１４および２つの抵抗１６，１８に
よって形成される。ブリッジ回路２０のヒータ用温度セ
ンサ１２側の出力端子は、オペアンプ２２の反転入力端
子２２ａに接続され、ブリッジ回路２０の温度補償用温
度センサ１４の出力端子は、オペアンプ２２の非反転入
力端子２２ｂに接続される。また、オペアンプ２２の出
力端子２２ｃには、トランジスタ２６のベースが接続さ
れ、トランジスタ２６のエミッタからの出力はブリッジ
回路２０にフィードバックされる。さらに、オペアンプ
２２の非反転入力端子２２ｂには、補償用コンデンサ２
４またはバイアス抵抗器を介して、電源Ｖ_CCが接続され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はセンサに関し、特にた
とえば気流による抵抗体の温度変化にともなう抵抗体の
抵抗値変化から風速を検出する熱式風速センサなどのよ
うに、オペアンプの出力に応じて、フィードバック用ト
ランジスタからの出力がセンサ部を含むブリッジ回路に
フィードバックされる、センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ブリッジ回路を用いたセンサとし
ては、たとえば熱式風速センサなどがある。熱式風速セ
ンサの測定方式としては定電流法，定電圧法，定温度法
などがあるが、ダイナミックレンジを広くとることがで
きる定温度法が主流となっている。

【０００３】図５はこの発明の背景となる従来例として
の熱式風速センサを示し、（Ａ）はその平面図であり、
（Ｂ）はその定温度法による基本回路の一例を示す回路
図であり、（Ｃ）はそのオペアンプのバイアス電流とオ
フセット電圧との関係を説明するための部分回路図であ
る。

【０００４】この風速センサ１は、ヒータ用温度センサ
２および温度補償用温度センサ３を含む。ヒータ用温度
センサ２および温度補償用温度センサ３は、プリント基
板４の電子回路５に接続される。ヒータ用温度センサ２
は、電流を流すことによって加熱された状態で用いられ
る。このヒータ用温度センサ２に気流が接触すると、ヒ
ータ用温度センサ２の熱が奪われ、ヒータ用温度センサ
２の抵抗値が変化することを検知することによって、風
速が検出される。すなわち、ヒータ用温度センサ２に
は、ヒータ用測温抵抗体が用いられ、一定の温度に発熱
させて気流による放熱の変化をとらえる機能を有する。
このとき、温度補償用温度センサ３によって空気の温度
が測定され、空気の温度の違いによる風速の誤差が補正
される。すなわち、温度補償用温度センサ３には、温度
補償用測温抵抗体が用いられ、気流の温度変化による風
速測定値の誤差を補正する機能を有する。なお、ヒータ
用温度センサ２および温度補償用温度センサ３として
は、たとえば薄膜タイプのものが用いられる。

【０００５】風速センサ１の電子回路５としては、たと
えば図５（Ｂ）に示すような定温度法の回路方式が用い
られる。ヒータ用温度センサ２および温度補償用温度セ
ンサ３は、抵抗６，７とともにブリッジ回路を構成す
る。そして、ヒータ用温度センサ２および温度補償用温
度センサ３の出力は、それぞれ、オペアンプ８の反転入
力端子８ａおよび非反転入力端子８ｂに接続される。オ
ペアンプ８の出力端子８ｃは、トランジスタ９のベース
に接続される。さらに、トランジスタ９のコレクタは電
源Ｖ_ccに接続され、トランジスタ９のエミッタからの出
力はブリッジ回路にフィードバックされる。

【０００６】ヒータ用温度センサ２には電流が流され、
それによってヒータ用温度センサ２は加熱する。ここに
気流が接触するとヒータ用温度センサ２の熱が奪われ、
ヒータ用温度センサ２の抵抗値変化から風速が測定され
る。また、温度補償用温度センサ３で空気の温度が測定
され、空気の温度の違いによる風速の誤差が補正され
る。ヒータ用温度センサ２の抵抗値が変化すると、オペ
アンプ８の出力の変化により、トランジスタ９の出力が
変化する。そして、トランジスタ９からのフィードバッ
クによって電流が流れ、ヒータ用温度センサ２の温度変
化を打ち消すように働く。

【０００７】図５に示す風速センサ１では、回路の簡素
化のため、たとえば５．０Ｖ（一定）の電源Ｖ_ccで動作
させる単電源方式が採用される。この場合、電源をオン
状態にしたとき、トランジスタ９がオン状態になる場合
とオフ状態になる場合とがある。トランジスタ９がオン
状態になった場合、図５（Ｂ）に示すＣ点の電圧をＶと
し、トランジスタ９のコレクタ・エミッタ間電圧をＶ_CE
としたとき、Ｖ≒Ｖ_cc−Ｖ_CEとなる。このＣ点電圧Ｖ
は、抵抗６とヒータ用温度センサ２とで分圧され、オペ
アンプ８の反転入力端子８ａに入力される。同様に、Ｃ
点電圧Ｖは、抵抗７と温度補償用温度センサ３とで分圧
され、オペアンプ８の非反転入力端子８ｂに入力され
る。ヒータ用温度センサ２，温度補償用温度センサ３，
抵抗６および７の各抵抗値は、オペアンプ８をアクティ
ブ状態に保つための値に設定される。そのため、オペア
ンプ８はアクティブ領域で動作する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、電源をオン
状態にしたとき、トランジスタ９がオフ状態であると、
Ｃ点には電圧が発生しない。そのため、オペアンプ８の
反転入力端子８ａおよび非反転入力端子８ｂにも電圧が
かからない。一方、オペアンプ８には、固有のオフセッ
ト電圧Ｖ_OSが存在する。そして、オペアンプ８には、そ
のオフセット電圧Ｖ_OSが、正のものや負のものがあり、
製品によってばらつきがある。反転入力端子８ａを基準
としたとき、オフセット電圧Ｖ_OSが負であるオペアンプ
８を使用すると、オペアンプ８の反転入力端子８ａおよ
び非反転入力端子８ｂに電圧がかからなくても、非反転
入力端子８ｂの電位はオペアンプ８をアクティブ状態に
するのに必要な最低電位よりも高くなる。そのため、オ
ペアンプ８は、電源オンと同時に活性領域に入る。その
ため、トランジスタ９はオン状態となり、風速センサ１
は動作する。

【０００９】しかしながら、反転入力端子８ａを基準と
したとき、オフセット電圧Ｖ_OSが正であるオペアンプ８
を使用した場合、オペアンプ８の反転入力端子８ａおよ
び非反転入力端子８ｂに電圧がかからないと、非反転入
力端子８ｂの電位はオペアンプ８をアクティブ状態にす
るのに必要な最低電位よりも低くなる。そのため、オペ
アンプ８は活性領域に入らず、風速センサ１は動作しな
い。

【００１０】なお、オペアンプ８には、固有のバイアス
電流が流れる。この場合、図４（Ｃ）に示すように、ヒ
ータ用温度センサ２にはオペアンプ８の入力バイアス電
流Ｉ_B1が流れ、温度補償用温度センサ３には入力バイア
ス電流Ｉ_B2が流れる。そのため、オペアンプ８の反転入
力端子８ａおよび非反転入力端子８ｂには、それぞれ、
ヒータ用温度センサ２で発生する電圧Ｖ_qおよび温度補
償用温度センサ３に発生する電圧Ｖ_pが印加される。

【００１１】通常、温度補償用温度センサ３の抵抗値Ｒ
_qは、ヒータ用温度センサ２の抵抗値Ｒ_pより大きい。
そのため、通常、電圧Ｖ_qは電圧Ｖ_pより大きくなる。
ところが、オペアンプの入力バイアス電流はタイプによ
り異なるが、およそ数十ｎＡ程度であり、抵抗値Ｒ_qは
１ｋΩ程度である。それに対して、入力オフセット電圧
は数ｍＶであり、バイアス電流による発生電圧は、オフ
セット電圧に比べて小さい。そのため、オペアンプ８を
アクティブ状態にすることが難しく、風速センサ１は動
作しない。このように、バイアス電流を利用して風速セ
ンサ１を動作させることは困難である。

【００１２】上述してきたように、図５に示す風速セン
サ１では、電源投入時において、オペアンプ８のオフセ
ット電圧のばらつきにより、動作不良となる場合があ
る。そのため、風速センサ１を確実に動作させるため
に、オフセット電圧が負であるオペアンプを選んで使用
する必要があった。

【００１３】それゆえに、この発明の主たる目的は、オ
フセット電圧のばらつきによる電源投入時の動作不良を
回避し、安定して動作するセンサを提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、センサ部を
含むブリッジ回路と、ブリッジ回路にその入力側が接続
されるオペアンプと、オペアンプの出力側に接続され、
ブリッジ回路にフィードバックするためのトランジスタ
とを含み、オペアンプの非反転入力端子に補償用コンデ
ンサまたはバイアス抵抗器を介して電源が接続された、
センサである。

【００１５】

【作用】電源をオンにしたとき、補償用コンデンサまた
はバイアス抵抗器を介して接続された電源によって、オ
ペアンプの非反転入力端子の電位が過渡的に引き上げら
れる。そして、補償用コンデンサの静電容量またはバイ
アス抵抗器の抵抗値を適当に選択することにより、非反
転入力端子の電位がオフセット電圧よりも大きくなる時
間をオペアンプの動作時間より長くすることができる。
それにより、オペアンプはアクティブ状態となる。

【００１６】

【発明の効果】この発明によれば、補償用コンデンサの
静電容量またはバイアス抵抗器の抵抗値を適当に選ぶこ
とにより、センサを確実に動作させることができる。し
たがって、オペアンプのオフセット電圧のばらつきによ
る電源投入時の動作不良を回避し、安定した動作を得る
ことができる。そのため、従来オフセット電圧が負のＩ
Ｃのみを選別して使用していたものを、無選別とするこ
とができる。したがって、ＩＣ単価をコストダウンする
ことができ、信頼性も高くなる。

【００１７】この発明の上述の目的，その他の目的，特
徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳
細な説明から一層明らかとなろう。

【００１８】

【実施例】この発明のセンサの一例として、熱式風速セ
ンサについて説明する。図１は熱式風速センサの一実施
例を示す回路図である。この風速センサ１０はヒータ用
温度センサ１２を含む。さらに、風速センサ１０は温度
補償用温度センサ１４を含む。これらのヒータ用温度セ
ンサ１２，温度補償用温度センサ１４および２つの抵抗
１６，１８によってブリッジ回路２０が形成される。ヒ
ータ用温度センサ１２および温度補償用温度センサ１４
としては、たとえば薄膜タイプのものが用いられる。

【００１９】ブリッジ回路２０のヒータ用温度センサ１
２側の出力端子は、オペアンプ２２の反転入力端子２２
ａに接続される。また、ブリッジ回路２０の温度補償用
温度センサ１４側の出力端子は、オペアンプ２２の非反
転入力端子２２ｂに接続される。また、オペアンプ２２
の非反転入力端子２２ｂには、補償用コンデンサ２４を
介して電源Ｖ_ccが接続される。さらに、オペアンプ２２
の出力端子２２ｃは、トランジスタ２６のベースに接続
される。このトランジスタ２６のコレクタは電源Ｖ_ccに
接続され、そのエミッタからの出力はブリッジ回路２０
にフィードバックされる。

【００２０】この風速センサ１０では、ヒータ用温度セ
ンサ１２に電流を流すことによって、ヒータ用温度セン
サ１２が加熱させられる。このヒータ用温度センサ１２
に気流が接触するとその熱が奪われ、ヒータ用温度セン
サ１２の抵抗値が変化する。このヒータ用温度センサ１
２の抵抗値変化を検出することによって、風速が検出さ
れる。なお、温度補償用温度センサ１４によって空気の
温度が測定され、空気の温度の違いによる風速の誤差が
補正される。

【００２１】トランジスタ２６がオン状態では、ヒータ
用温度センサ１２の抵抗をＲ_H，温度補償用温度センサ
１４の抵抗をＲ_T，抵抗１６および１８をそれぞれ
Ｒ_A，Ｒ_Bとすると、Ｒ_A・Ｒ_T＝Ｒ_B・Ｒ_Hなる関係
が成立している。

【００２２】図２（Ａ）は、電源を投入したとき、トラ
ンジスタ２６がオフ状態のときのオペアンプ２２の入力
部の等価回路を示す。このとき、非反転入力端子２２ｂ
の電位、すなわちＤ点の電位Ｖ_Dは図２（Ｂ）に示すよ
うに、過渡現象的に変化する。この場合、オペアンプ２
２およびトランジスタ２６の動作時間以上で、Ｖ_D＞Ｖ
_OSの条件が満足されれば、オペアンプ２２は、強制的に
アクティブ状態となり、動作不良状態になることがな
い。

【００２３】電源を投入したときのＤ点の電位Ｖ_Dは図
２（Ｂ）に示されるが、このときの電位Ｖ_Dの変化は次
式で表される。

【００２４】

【数１】

【００２５】このとき、オペアンプ２２およびトランジ
スタ２６の動作時間Ｔ_D＝１０μｓ，オフセット電圧の
最大値Ｖ_OSmax＝７ｍＶ，電源電圧Ｖ_cc＝５Ｖ，温度補
償用温度センサ１４の抵抗値Ｒ_T＝６００Ωとして、補
償用コンデンサ２４の静電容量Ｃ_Cを数式１より求める
と、Ｃ_C＝２５００ｐＦとなる。つまり、補償用コンデ
ンサ２４の静電容量を２５００ｐＦに選ぶと、Ｄ点の電
位を１０μｓの間、７ｍＶ以上に保ことができ、オペア
ンプ２２をアクティブ状態にすることができる。なお、
この風速センサ１０は、信号の高周波的な使用を行って
いないので、２５００ｐＦ程度の容量のコンデンサ挿入
による誤差は生じない。そのため、アクティブ動作時に
は悪影響を及ぼさない。

【００２６】また、図１に示す風速センサ１０におい
て、放電電流によるストレスを回避するため、たとえば
図３に示すように、補償用コンデンサ２４に直列に保護
抵抗器２８を接続することも可能である。

【００２７】図４はこの発明の他の実施例としての風速
センサを示す回路図である。この実施例では、補償用コ
ンデンサ２４の代わりにバイアス抵抗器２５を使用して
いる。バイアス抵抗器２５の働きにより、非反転入力端
子２２ｂには、電源オンと同時に、トランジスタ２６の
オン・オフ状態にかかわらず、Ｖ_ccをバイアス抵抗器２
５および温度補償用温度センサ１４にて分圧した電位が
加わり、当電位がＶ_OSより大となるようにバイアス抵抗
器２５の抵抗値を設定すれば、オフセット電圧のばらつ
きによる電源投入時の動作不良を回避することができ
る。

【００２８】このように、この発明によれば、オフセッ
ト電圧のばらつきによる電源投入時の動作不良を回避
し、風速センサ１０を安定して動作させることができ
る。そのため、従来オフセット電圧が負のＩＣのみを選
別して使用していたものを、無選別とすることができ
る。したがって、ＩＣ単価をコストダウンすることがで
きる。さらに、オフセット電圧の経時的な変動を予測し
て補償用コンデンサ２４の静電容量またはバイアス抵抗
器２５の抵抗値を設定することができるため、風速セン
サ１０の信頼性を高くすることができる。

【００２９】上述の風速センサ１０では、単一の電源で
動作させる単電源方式を採用したが、複数の電源電圧を
有する両電源方式を採用した場合にも、この発明は通用
可能である。したがって、両電源方式を採用した風速セ
ンサにおいても、オフセット電圧のばらつきによる電源
投入時の動作不良を回避し、安定した動作を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例としての風速センサを示す
回路図である。

【図２】（Ａ）は図１に示す風速センサのオペアンプ入
力部の等価回路図であり、（Ｂ）は電源を投入したとき
のオペアンプの非反転入力端子の電位の変化を示すグラ
フである。

【図３】図１に示す風速センサの変形例の要部を示す回
路図である。

【図４】この発明の他の実施例としての風速センサを示
す回路図である。

【図５】この発明の背景となる従来例としての熱式風速
センサを示し、（Ａ）はその平面図であり、（Ｂ）はそ
の定温度法による基本回路の一例を示す回路図であり、
（Ｃ）はオペアンプのバイアス電流とオフセット電圧と
の関係を説明するための部分回路図である。

【符号の説明】

１０風速センサ１２ヒータ用温度センサ１４温度補償用温度センサ２０ブリッジ回路２２オペアンプ２４補償用コンデンサ２５バイアス抵抗器２６トランジスタ２８保護抵抗器

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【手続補正書】

【提出日】平成４年３月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１０】なお、オペアンプ８には、固有のバイアス
電流が流れる。この場合、図４（Ｃ）に示すように、ヒ
ータ用温度センサ２にはオペアンプ８の入力バイアス電
流Ｉ_B1が流れ、温度補償用温度センサ３には入力バイア
ス電流Ｉ_B2が流れる。そのため、オペアンプ８の反転入
力端子８ａおよび非反転入力端子８ｂには、それぞれ、
ヒータ用温度センサ２で発生する電圧Ｖ _p および温度補
償用温度センサ３に発生する電圧Ｖ _q が印加される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】センサ部を含むブリッジ回路、前記ブリッジ回路にその入力側が接続されるオペアン
プ、および前記オペアンプの出力側に接続され、前記ブ
リッジ回路にフィードバックするためのトランジスタを
含み、前記オペアンプの非反転入力端子に補償用コンデンサま
たはバイアス抵抗器を介して電源が接続された、セン
サ。