CN107110716A - 传感器片 - Google Patents

传感器片 Download PDF

Info

Publication number
CN107110716A
CN107110716A CN201580069137.5A CN201580069137A CN107110716A CN 107110716 A CN107110716 A CN 107110716A CN 201580069137 A CN201580069137 A CN 201580069137A CN 107110716 A CN107110716 A CN 107110716A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
distribution electrode
distribution
pressure
sensor chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580069137.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107110716B (zh
Inventor
山本尚
初田雅弘
北野光正
阿贺谷智宏
岩田耕治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitta Corp
Original Assignee
Nitta Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2015203403A external-priority patent/JP6799908B2/ja
Application filed by Nitta Corp filed Critical Nitta Corp
Publication of CN107110716A publication Critical patent/CN107110716A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107110716B publication Critical patent/CN107110716B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0092Pressure sensor associated with other sensors, e.g. for measuring acceleration or temperature
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/205Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using distributed sensing elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/026Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for monitoring a plurality of temperatures, e.g. by multiplexing
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/26Compensating for effects of pressure changes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/18Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a linear resistance, e.g. platinum resistance thermometer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2287Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges constructional details of the strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K15/00Testing or calibrating of thermometers
    • G01K15/005Calibration

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

该传感器片是通过在第1配线电极(3a)之上形成导电性热敏材料(5)且在导电性热敏材料(5)之上形成第2配线电极(4a)而制造的。因此,在第1配线电极(3a)与导电性热敏材料(5)之间以及导电性热敏材料(5)与第2配线电极(4a)之间,不存在后来贴合时形成的贴合面(边界面)。

Description

传感器片
技术领域
本发明涉及传感器片(sensor sheet)和具备其的传感器系统。
背景技术
专利文献1公开了一种温度检测用装置,该温度检测用装置包括:具有可挠性的基材;形成在基材上的平行的电极组;和覆盖电极组的感热性材料。根据专利文献1记载的技术,能够检测与电极的交点附近的温度相应的感热性材料的电阻值的变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2000-88670号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
但是,专利文献1的温度检测用装置通过将各自形成有电极组的一对片状部件贴合而制造,在两者之间存在贴合面(边界面)。该贴合面存在微小的凹凸,因此,当对贴合面施加压力时,两者的接触面积变化。由此,感热性材料的电磁特性产生由压力引起的变化,成为扰动的要因。因此,存在无法高精度地测定被检测体的温度这样的问题。
另外,有想要在被检测体的同一部位同时测定温度和压力的需要。进一步,有想要在被检测体的同一部位同时测定温度分布和压力分布的需要。但是,以往温度传感器和压力传感器是不同的部件,因此,无法在被检测体的同一部位分别设置温度传感器和压力传感器。
本发明的第1目的是提供能够高精度地测定被检测体的温度的传感器片和具备其的传感器系统。进一步,本发明的第2目的是提供能够高精度地测定被检测体的温度的温度分布传感器片和具备其的传感器系统。
解决技术问题的技术方案
本发明的发明人为了解决上述技术问题而进行了深刻的研究。其结果是,提供下述方式的发明。此外,在本说明书中,“上”或“下”的用语(例如“电极之上(或下)”这样的表述),除了直接接触的情况之外,也包含不接触的情况。
技术方案1.
一种传感器片,其特征在于,包括:
薄膜基材;
多个第1配线电极对,该多个第1配线电极对设置在上述薄膜基材上,并且该多个第1配线电极对中的各第1配线电极对具有交叉的一对配线电极;和
导电性热敏材料,该导电性热敏材料在上述各第1配线电极对中设置在作为上述一对配线电极交叉的部位的温度检测部,并且配置在该一对配线电极之间,
多个上述温度检测部各自构成为,电磁特性根据温度的高低而变化,
上述一对配线电极和上述导电性热敏材料被固定。
技术方案2.
如技术方案1所述的传感器片,其中:
上述多个第1配线电极对包括:
第1配线电极组,该第1配线电极组设置在上述薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第1配线电极而形成;和
第2配线电极组,该第2配线电极组设置在上述第1配线电极组之上,并且在与上述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第2配线电极而形成,
上述导电性热敏材料设置在作为上述第1配线电极与上述第2配线电极交叉的部位的上述温度检测部,并且配置在上述第1配线电极与上述第2配线电极之间,
上述导电性热敏材料以固定在上述第1配线电极之上的方式形成,上述第2配线电极以固定在上述导电性热敏材料之上的方式形成。
技术方案3.
如技术方案2所述的传感器片,其中:
在所述温度检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此从所述第1配线电极至所述第2配线电极的厚度均匀。
技术方案4.
如技术方案2或3所述的传感器片,其中:
上述温度检测部被绝缘材料覆盖。
技术方案5.
如技术方案1所述的传感器片,其中,还包括:
多个第2配线电极对,该多个第2配线电极对设置在上述薄膜基材上,该多个第2配线电极对中的各第2配线电极对具有交叉的一对配线电极;和
导电性压敏材料,该导电性压敏材料在上述各第2配线电极对中设置在作为上述一对配线电极交叉的部位的压力检测部,并且配置在该一对配线电极之间,
多个上述压力检测部各自构成为,电磁特性根据在上述各第2配线电极对中在上述一对配线电极层叠的方向上施加的压力的大小而变化。
技术方案6.
如技术方案5所述的传感器片,其中:
上述多个第1配线电极对包括:
第1配线电极组,该第1配线电极组设置在上述薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第1配线电极而形成;和
第2配线电极组,该第2配线电极组设置在上述第1配线电极组之上,并且在与上述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第2配线电极而形成,
上述导电性热敏材料设置在作为上述第1配线电极与上述第2配线电极交叉的部位的上述温度检测部,并且配置在上述第1配线电极与上述第2配线电极之间,
上述多个第2配线电极对包括:
上述第2配线电极组;和
第3配线电极组,该第3配线电极组设置在上述第2配线电极组之上或之下,并且在与上述第2方向交叉的第3方向上并排设置多个线状的第3配线电极而形成,
上述导电性压敏材料设置在作为上述第2配线电极与上述第3配线电极交叉的部位的上述压力检测部,并且配置在上述第2配线电极与上述第3配线电极之间。
此外,能够使第1方向和第3方向一致。
技术方案7.
如技术方案6所述的传感器片,其中:在俯视时,配置有多个上述温度检测部的区域与配置有多个上述压力检测部的区域重叠。在该情况下,第3配线电极组设置在第2配线电极组之上。
技术方案8.
如技术方案6所述的传感器片,其中:在俯视时,配置有多个上述温度检测部的区域与配置有多个上述压力检测部的区域不重叠。在该情况下,第3配线电极组设置在第2配线电极组之下。
技术方案9.
如技术方案6所述的传感器片,其中:
上述导电性压敏材料包括第1部位和第2部位,
上述第1部位沿上述各第2配线电极配置,
上述第2部位沿上述各第3配线电极配置,
上述第1部位和第2部位可分离地接触。
技术方案10.
如技术方案5所述的传感器片,其中:
上述多个第1配线电极对包括:
第4配线电极组,该第4配线电极组设置在上述薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第4配线电极而形成;和
第5配线电极组,该第5配线电极组设置在上述第4配线电极组之上,并且在与上述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第5配线电极而形成,
上述导电性热敏材料设置在作为上述第4配线电极与上述第5配线电极交叉的部位的上述温度检测部,并且配置在上述第4配线电极与上述第5配线电极之间,
上述多个第2配线电极对包括:
第6配线电极组,该第6配线电极组设置在上述薄膜基材之上,并且在上述第1方向上并排设置多个线状的第6配线电极而形成;和
第7配线电极组,该第7配线电极组设置在上述第6配线电极组之上,并且在上述第2方向上并排设置多个线状的第7配线电极而形成,
上述导电性压敏材料设置在作为上述第6配线电极与上述第7配线电极交叉的部位的上述压力检测部,并且配置在上述第6配线电极与上述第7配线电极之间,
在俯视时,配置有多个上述温度检测部的区域与配置有多个上述压力检测部的区域不重叠。
技术方案11.
如技术方案10所述的传感器片,其中:
上述第4配线电极和上述第6配线电极沿上述第2方向交替配置,
上述第5配线电极和上述第7配线电极沿上述第1方向交替配置。
技术方案12.
如技术方案10或11所述的传感器片,其中:
在上述温度检测部彼此之间和上述压力检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此,从上述第1配线电极至上述第3配线电极的厚度均匀。
技术方案13.
一种传感器系统,其中,包括:
技术方案5至12任一项所述的传感器片;
电路,该电路获取上述温度检测部和上述压力检测部的电磁特性的变化作为输出值;
计算部,该计算部根据由多个上述温度检测部各自获得的输出值计算温度分布,并且根据由多个上述压力检测部各自获得的输出值计算压力分布;和
控制部,该控制部至少控制上述传感器片的工作。
技术方案14.
如技术方案13所述的传感器系统,其中:还包括修正部,该修正部基于由上述温度检测部和上述压力检测部中的一者获得的输出值,对由上述温度检测部和上述压力检测部中的另一者获得的输出值进行修正。
技术方案15.
如技术方案13或14所述的传感器系统,其中:还包括测量器,该测量器测定与上述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者。
技术方案16.
如技术方案13至15所述的传感器系统,其中:
上述控制部基于在上述传感器片的一个或多个上述温度检测部被保持为规定的温度时获得的来自上述一个或多个温度检测部的输出值,导出针对来自上述温度检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到上述温度检测部的温度输入值具有相关性的温度输出值。
技术方案17.
如技术方案16所述的传感器系统,其中:
上述控制部基于在上述传感器片的一个或多个上述温度检测部被保持为相互不同的多个温度时获得的来自上述一个或多个温度检测部的输出值,导出上述转换系数。
技术方案18.
如技术方案16或17所述的传感器系统,其中:上述控制部判定对上述温度检测部的输出值乘以上述转换系数而获得的温度输出值是否与施加到上述温度检测部的温度输入值一致。
技术方案19.
如技术方案16至18任一项所述的传感器系统,其中:
还包括测量器,该测量器测定与上述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者,
上述控制部以上述测量器测量得到的温度值为上述温度输入值。
技术方案20.
如技术方案16至19任一项所述的传感器系统,其中:
上述控制部基于对上述传感器片的一个或多个上述压力检测部施加规定的压力时获得的来自上述一个或多个压力检测部的输出值,导出针对来自上述压力检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到上述压力检测部的压力输入值具有相关性的压力输出值。
技术方案21.
如技术方案20所述的传感器系统,其中:
上述控制部基于对上述传感器片的一个或多个上述压力检测部施加相互不同的多个压力时获得的来自上述一个或多个压力检测部的输出值,导出上述转换系数。
技术方案22.
如技术方案20或21所述的传感器系统,其中:上述控制部判定对上述压力检测部的输出值乘以上述转换系数而获得的压力输出值是否与施加到上述压力检测部的压力输入值一致。
技术方案23.
如技术方案16至22任一项所述的传感器系统,其中:上述控制部预先按多个上述传感器片中的每个上述传感器片存储上述转换系数,选择最适合所使用的上述传感器片的转换系数。
技术方案24.
如技术方案16至23任一项所述的传感器系统,其中:
还包括测量器,该测量器测定与上述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者,
上述控制部基于由上述测量器测定到的湿度,决定上述转换系数。
技术方案25.
如技术方案1至12任一项所述的传感器片,其中:上述导电性热敏材料包括导电性颗粒和树脂,200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上。
技术方案26.
如技术方案25所述的传感器片,其中:30℃~200℃的温度范围中的体积电阻率在10Ω·cm~100KΩ·cm的范围。
技术方案27.
如技术方案25或26所述的传感器片,其中:上述导电性热敏材料中的上述导电性颗粒的含有量小于15质量%。
技术方案28.
如技术方案25至27任一项所述的传感器片,其中:上述导电性热敏材料的厚度为100μm以下。
技术方案29.
如技术方案25至28任一项所述的传感器片,其中:100℃时的电阻值为30℃时的电阻值的5倍以下。
技术方案30.
如技术方案25至29任一项所述的传感器片,其中:30℃~200℃的温度范围中的电阻值的变化率在0.12~2.4%/℃的范围。
本发明所涉及的另一传感器片,在测定温度分布的温度分布传感器片中,包括:第1配线电极组,该第1配线电极组设置在薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第1配线电极而形成;第2配线电极组,该第2配线电极组设置在上述第1配线电极组之上,并且在与上述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第2配线电极而形成;和导电性热敏材料,该导电性热敏材料设置在作为上述第1配线电极与上述第2配线电极交叉的部位的温度检测部,并且配置在上述第1配线电极与上述第2配线电极之间,多个上述温度检测部各自的电磁特性根据温度的高低而变化,所述传感器片通过在上述第1配线电极之上形成上述导电性热敏材料,在上述导电性热敏材料之上形成上述第2配线电极而制成。
根据本发明,通过在第1配线电极之上形成导电性热敏材料,在导电性热敏材料之上形成第2配线电极而制成,因此,在第1配线电极与导电性热敏材料之间以及在导电性热敏材料与第2配线电极之间不存在后来贴合时形成的那样的贴合面(边界面)。因此,在检测被检测体的温度时,没有感热性材料的电磁特性因施加于贴合面的压力而变化的情况,因此在温度检测部中变化的电磁特性不产扰动。由此,能够高精度地测定被检测体的温度。
在本发明中,可以为:在上述温度检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此从上述第1配线电极至上述第2配线电极的厚度均匀。
在本发明中,可以为:上述温度检测部被绝缘材料覆盖。
本发明所涉及的传感器系统,包括:上述温度分布传感器片;电路,该电路获取上述温度检测部的电磁特性的变化作为输出值;和计算单元,该计算单元根据由多个上述压力检测部各自获得的输出值计算压力分布。
本发明所涉及的传感器系统可以还包括测量器,该测量器测定与上述传感器片相同的气氛的温度和湿度的至少一者。
本发明所涉及的校正程序,使上述传感器系统按以下方式工作,基于在上述温度分布传感器片的一个或多个上述温度检测部被保持为规定的温度时获得的来自上述一个或多个温度检测部的输出值,导出针对来自上述温度检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到上述温度检测部的温度输入值具有相关性的温度输出值。
在该程序中,如以下所述(以下称为“程序的说明”)。例如除了包含ROM(Read OnlyMemory)和RAM(Random Access Memory)的半导体存储器之外,还能够存储于包含DVD(Digital Versatile Disc)和CD(Compact Disc)的光盘以及包含硬盘(hard disk)和FD(flexible disk)的磁盘等的记录介质。该程序代码可以作为数据信号经通信路径从远程计算机或者装置下载,作为计算机程序产品存储在计算机的存储装置。代替地,该程序编码也可以是作为计算机程序产品存储在记录介质的状态下流通的产品。另外,程序代码可以以公知的任一者以上的程序语言记载。在此,计算机不限于个人计算机那样的通用型,可以是为了进行包含多个温度检测部的温度分布传感器片的校正而特殊化的装置。
在本发明中,校正程序使上述传感器系统按以下方式工作,即,基于在上述温度分布传感器片的一个或多个上述温度检测部被保持为相互不同的多个温度时来自上述一个或多个温度检测部的输出值,导出上述转换系数。
在本发明中,校正程序使上述传感器系统按以下方式工作,即,判定对上述温度检测部的输出值乘以上述转换系数而获得的温度输出值是否与施加到上述温度检测部的温度输入值一致。
在本发明中,也可以为:上述传感器系统具有测定与上述传感器片相同的气氛的温度和湿度的至少一者的测量器,校正程序将上述测量器测量得到的温度值作为上述温度输入值。
在本发明中,校正程序使上述传感器系统按以下方式工作,即,预先按多个上述温度分布传感器片的每个上述温度分布传感器片存储上述转换系数,选择最适合所使用的上述传感器片的转换系数。
本发明所涉及的另一传感器片是测定温度分布和压力分布的传感器片,其特征在于,包括:第1配线电极组,该第1配线电极组设置在薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第1配线电极而形成;第2配线电极组,该第2配线电极组设置在上述第1配线电极组之上,在与上述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第2配线电极而形成;导电性热敏材料,该导电性热敏材料设置在作为上述第1配线电极与上述第2配线电极交叉的部位的温度检测部,并且配置在上述第1配线电极与上述第2配线电极之间;第3配线电极组,该第3配线电极组设置在上述第2配线电极组之上,在与上述第2方向交叉的第3方向上并排设置多个线状的第3配线电极而形成;和导电性压敏材料,该导电性压敏材料设置在作为上述第2配线电极与上述第3配线电极交叉的部位的压力检测部,并且配置在上述第2配线电极与上述第3配线电极之间,多个上述温度检测部各自构成为,电磁特性根据温度的高低而变化,多个上述压力检测部各自的电磁特性根据在上述第2配线电极组和上述第3配线电极组层叠的方向上施加的压力的大小而变化,在俯视时,配置有多个上述温度检测部的区域和配置有多个上述压力检测部的区域重叠。
根据本发明,通过使配置有多个温度检测部的区域和配置有多个压力检测部的区域在俯视时重叠,能够紧凑地形成传感器片。由此,能够在被检测体的同一部位分别配置温度检测部和压力检测部,因此,能够在被检测体的同一部位同时测定温度和压力。
在本发明中,传感器片可以通过在上述第1配线电极之上形成上述导电性热敏材料,在上述导电性热敏材料之上形成上述第2配线电极而制成。
在本发明中,可以在上述温度检测部彼此之间和上述压力检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此,从上述第1配线电极至上述第3配线电极的厚度均匀。
本发明所涉及的传感器系统包括:上述传感器片;获取上述温度检测部和上述压力检测部的电磁特性的变化作为输出值的电路;和计算部,根据由多个上述温度检测部各自获得的输出值计算温度分布,并且根据由多个上述压力检测部各自获得的输出值计算压力分布。
在本发明中,可以还包括修正部,该修正部基于由上述温度检测部和上述压力检测部中的一者获得的输出值,对由上述温度检测部和上述压力检测部中的另一者获得的输出值进行修正。
在本发明中,可以还包括测量器,该测量器测定与上述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者。
本发明所涉及的校正程序,使上述传感器系统按以下方式工作,即,基于在上述传感器片的一个或多个上述温度检测部被保持为规定的温度时获得的来自上述一个或多个温度检测部的输出值,导出针对来自上述温度检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到上述温度检测部的温度输入值具有相关性的温度输出值。
该程序如上述“程序的说明”中所示。
在本发明中,温度检测的校正程序如上所述。
在本发明中,校正程序可以使上述传感器系统按以下方式工作,即,基于对上述传感器片的一个或多个上述压力检测部施加规定的压力时获得的来自上述一个或多个压力检测部的输出值,导出针对来自上述压力检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到上述压力检测部的温度输入值具有相关性的压力输出值。
在本发明中,校正程序可以使上述传感器系统按以下方式工作,即,基于在对上述传感器片的一个或多个上述压力检测部施加相互不同的多个压力时获得的来自上述一个或多个压力检测部的输出值,导出上述转换系数。
在本发明中,校正程序可以使上述传感器系统按以下方式工作,即,判定对上述压力检测部的输出值乘以上述转换系数而获得的压力输出值是否与施加到上述压力检测部的压力输入值一致。
在本发明中,校正程序可以使上述传感器系统按以下方式工作,即,预先按多个上述传感器片的每个上述传感器片存储上述转换系数,选择最适合所使用的上述传感器片的转换系数。
另外,本发明提供一种与现有的温度传感器不同,能够在较广的温度范围内高精度地测定被检测体的温度的热敏元件(或温度检测部)。
本发明者为了解决上述技术问题而进行了深刻的研究。其结果是,发现了一种热敏元件,其包括第1电极、第2电极以及与第1电极和第2电极电连接的热敏电阻(或导电性热敏材料),热敏电阻包含导电性颗粒和树脂,200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上,该热敏元件能够在较广的温度范围高精度地测定被检测体的温度。本发明是通过基于上述的见解进一步反复研究而完成的。
即,本发明提供下述记载的方式的发明。
技术方案1.
一种热敏元件,包括:
至少1个第1电极;
至少1个第2电极;和
与上述各第1电极和上述各第2电极电连接的至少1个热敏电阻,
上述热敏电阻包含导电性颗粒和树脂,
200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上。
技术方案2.
如技术方案1所述的热敏元件,其中:30℃~200℃的温度范围中的体积电阻率在10Ω·cm~100KΩ·cm的范围。
技术方案3.
如技术方案1或2所述的热敏元件,其中:上述导电性热敏材料中的上述导电性颗粒的含有量小于15质量%。
技术方案4.
如技术方案1至3任一项所述的热敏元件,其中:上述导电性热敏材料的厚度为100μm以下。
技术方案5.
如技术方案1至4任一项所述的热敏元件,其中:100℃时的电阻值为30℃时的电阻值的5倍以下。
技术方案6.
如技术方案1至5任一项所述的热敏元件,其中:30℃~200℃的温度范围中的电阻值的变化率在0.12~2.4%/℃的范围。
技术方案7.
如技术方案1至6任一项所述的热敏元件,其中:
还包括基材,
在上述基材上配置有上述第1电极、上述热敏电阻和上述第2电极。
技术方案8.
如技术方案7所述的热敏元件,其中:
上述第1电极和上述第2电极形成为线状,
在上述基材上配置有多个上述第1电极和多个上述第2电极,
上述多个第1电极以在第1方向上延伸的方式平行地配置,
上述多个第2电极以在与上述第1方向交叉的第2方向上延伸的方式平行地配置,
在作为上述第1电极与上述第2电极交叉的部位的温度检测部分别配置有上述热敏电阻。
技术方案9.
如技术方案8所述的热敏元件,其中:
在上述温度检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此,从上述第1电极至上述第2电极的厚度均匀。
技术方案10.
如技术方案8或9所述的热敏元件,其中:
上述温度检测部被绝缘材料覆盖。
技术方案11.
一种墨,其包含导电性颗粒、树脂和溶剂,并且用于形成200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上的热敏电阻。
技术方案12.
如技术方案1所述的热敏元件的制造方法,其包括在电极的表面涂敷技术方案11所述的墨的步骤。
附图说明
图1是温度分布传感器片的立体分解图。
图2是温度分布传感器片的俯视图。
图3是温度分布传感器片的剖面图。
图4是图2的主要部分C的放大图。
图5是温度分布传感器片的立体图。
图6是表示温度分布传感器片的制造方法的图。
图7是传感器系统的结构图。
图8是表示传感器输出与温度的关系的图。
图9是表示对温度分布传感器阶段性地加压时温度分布传感器的输出的图。
图10是表示温度分布传感器的平衡处理(equilibration processing)的流程图。
图11是用于说明在平衡处理中导出修正系数的步骤的图。
图12是表示温度分布传感器的校准处理的流程图。
图13是用于对校准处理进行说明的图。
图14是表示温度分布传感器片的另一例的剖面图。
图15是温度压力分布传感器片的立体分解图。
图16是温度压力分布传感器片的俯视图。
图17是温度压力分布传感器片的剖面图。
图18是图16的主要部分C的放大图。
图19是温度压力分布传感器片的立体图。
图20是表示温度压力分布传感器片的制造方法的图。
图21是表示温度压力分布传感器片的另一制造方法的图。
图22是表示压力分布传感器的平衡处理的流程图。
图23是用于说明在平衡处理中导出修正系数的步骤的图。
图24是表示压力分布传感器的校准处理的流程图。
图25是用于说明校准处理的图。
图26是表示温度压力传感器片的另一例的俯视图。
图27是图26的A-A线剖面图。
图28是图26的B-B线剖面图。
图29是表示温度压力传感器片的另一例的俯视图。
图30是图29的C-C线剖面图。
图31是表示图29的温度压力传感器片的制造方法的立体图。
图32是表示本发明的实施例所涉及的热敏元件的另一例的剖面图(电阻值及其变化率的测定所使用的图)。
图33是图33的俯视图(电阻值及其变化率的测定所使用的图)。
图34是表示实施例1中获得的热敏元件的电阻值与测定温度的关系的曲线图。
图35是表示实施例2中获得的热敏元件的电阻值与测定温度的关系的曲线图。
图36是表示实施例3中获得的热敏元件的电阻值与测定温度的关系的曲线图。
图37是表示比较例1中获得的热敏元件的电阻值与测定温度的关系的曲线图。
图38是表示实施例1中获得的热敏元件的电阻值的倒数与测定温度的关系的曲线图。
图39是表示实施例2中获得的热敏元件的电阻值的倒数与测定温度的关系的曲线图。
图40是表示实施例3中获得的热敏元件的电阻值的倒数与测定温度的关系的曲线图。
图41是表示比较例1中获得的热敏元件的电阻值的倒数与测定温度的关系的曲线图。
图42是表示实施例和比较例中获得的热敏元件的电阻值的变化率与测定温度的关系的曲线图。
图43是表示实施例所涉及的热敏元件的另一例的剖面图(体积电阻率的测定所使用的图)。
图44是图43的俯视图(体积电阻率的测定所使用的图)。
具体实施方式
A.温度分布传感器片
以下,参照附图对本发明所涉及的用于测定温度分布的传感器片的优选实施方式进行说明。
(温度分布传感器片的结构)
本发明的实施方式的温度分布传感器片是测定温度分布的器件。该温度分布传感器片是电阻值等的电磁特性根据温度的高低而变化的多个热敏传感器二维地排列而形成的。
这样的温度分布传感器片能够在半导体、陶瓷电容器、液晶、玻璃、打印机、薄膜等的制造工序中进行加热加工时使用,并且能够用于测量电热板和电脑、电池等电子设备类的发热部分以及与它们接触的金属和树脂材料的热传递和散热状态、人体和动物的体温等所有物体的温度分布。因此,能够用于材料加工的效率化、材料设计、机械设计、改良、商品开发、治疗、疗养的分析判断等。
如作为立体分解图的图1所示,温度分布传感器片1包括:薄膜基材2;设置在薄膜基材2之上的第1配线电极组3;设置在第1配线电极组3之上的第2配线电极组4;和设置在第1配线电极组3与第2配线电极组4之间的导电性热敏材料5。
如作为俯视图的图2所示,第1配线电极组3通过将线状的第1配线电极3a在A方向(第1方向)上并排设置多个而形成。另外,第2配线电极组4通过将线状的第2配线电极4a在B方向(第2方向)上并排设置多个而形成。本实施方式中,A方向和B方向正交,但也可以以其之外的角度交叉。
如作为剖面图的图3所示,导电性热敏材料5设置成覆盖多个第1配线电极3a中的各第1配线电极3a。但是,导电性热敏材料5至少设置在后述的温度检测部21,配置在第1配线电极3a与第2配线电极4a之间即可。在此,温度检测部21是第1配线电极3a与第2配线电极4a交叉的部位。
第1配线电极组3、第2配线电极组4和导电性热敏材料5构成温度分布传感器。如作为图2的主要部分C的放大图的图4所示,作为第1配线电极3a与第2配线电极4a交叉的部位的每个温度检测部21作为热敏传感器发挥作用。
当将温度检测部21被保持为规定的温度时,导电性热敏材料5的电阻根据温度的高低而变化。电阻从温度检测部21经第1配线电极3a和第2配线电极4a传递到电源。由此,测定电阻值。能够根据测定的电阻值检测温度检测部21所保持的温度。
此外,温度检测部21是电阻值随着保持的温度变高而增加的检测部,但也可以是电阻值随着保持的温度变高而降低的检测部。另外,温度检测部21可以是电荷量或者感应电流等的电阻值以外的电磁特性根据温度的高低而变化的检测部。
薄膜基材2由聚酰亚胺、PET等的具有可挠性的材料构成。第1配线电极3a和第2配线电极4a由银箔、铜箔、铝箔等的金属箔、导电性聚合物等形成,但不限于此,只要是由导电率高的材料构成的即可。此外,构成薄膜基材和配线电极的材料在后述的温度传感器、压力传感器中也相同。
导电性热敏材料5是通过在导电性颗粒中添加粘合剂而形成的材料,将在后文叙述。
在此,在本实施方式中,如图3所示,温度分布传感器片是通过在第1配线电极3a之上形成导电性热敏材料5,在导电性热敏材料5之上形成第2配线电极4a而制造的。因此,在第1配线电极3a与导电性热敏材料5之间,以及在导电性热敏材料5与第2配线电极4a之间,不存在之后贴合时形成的贴合面(边界面)。即,第1配线电极3a与导电性热敏材料5以及导电性热敏材料5与第2配线电极4a分别密合固定。通常,在贴合面存在微小的凹凸,因此,当对贴合面施加压力时,贴合物彼此的接触面积变化。由此,感热性材料5的电磁特性产生由压力引起的变化,成为扰动的主要原因。但是,本实施方式中不存在贴合面。由此,在检测被检测体的温度时,不会出现感热性材料5的电磁特性因施加于贴合面的压力而变化的情况,因此,在温度检测部21中变化的电阻值不发生扰动。由此,能够高精度地测定被检测体的温度。
如图3所示,在温度检测部21彼此之间设置有绝缘材料9。由此,从第1配线电极3a至第2配线电极4a的厚度均匀。
通过使从第1配线电极3a至第2配线电极4a的厚度均匀,能够防止在温度分布的测量时由被检测体引起的按压力集中在温度检测部21。其结果是,在设置于温度检测部21的导电性热敏材料5不会产生形变,因此,能够防止测温误差的产生。另外,能够防止被温度分布传感器片1按压的被检测体产生凹凸压痕。
另外,如作为立体图的图5所示,在第2配线电极组4之上设置由绝缘材料构成的保护用薄膜基材8。由此,第2配线电极4a的表面被保护,并且防止第2配线电极4a彼此的短路。此外,可以替代设置保护用薄膜基材8,而用绝缘树脂材料覆盖温度检测部21。
通过用保护用薄膜基材8、绝缘树脂材料等的绝缘材料覆盖温度检测部21,能够防止温度检测部21的电磁特性因吸湿而变化,或者导电性热敏材料5因水解而劣化变质。
(导电性热敏材料)
本实施方式所涉及的导电性热敏材料5具有电阻值随着温度的上升而上升的特性,例如能够为具有在至少30℃~200℃的范围中,当温度上升时电阻值变高、当温度降低时电阻值变低的特性的材料。另外,该导电性热敏材料5包含导电性颗粒和树脂。
作为导电性热敏材料5所包含的导电性颗粒,只要是具有导电性的颗粒就无特别限制,能够使用公知的导电性热敏材料所包含的导电性颗粒。作为导电性颗粒的具体例,可以列举炭黑、石墨、碳纳米管、碳纳米角、碳纳米纤维、碳纳米线圈等的碳类颗粒(也包含纤维状物);铁、镍、铜、铝、镁、铂、银、金和包含这些金属中的至少1种的合金等的金属颗粒;氧化锡、氧化锌、碘化银、碘化铜、钛酸钡、氧化铟锡、钛酸锶等的导电性无机材料颗粒等。在这些中,从制成在较广的温度范围内能够高精度地测定被检测体的温度的热敏元件的观点出发,尤其优选导电性炭黑。导电性颗粒可以单独使用一种,也可以组合两种以上使用。
作为导电性颗粒的粒径,无特别限制,例如优选为1μm以下,更优选为100nm以下,进一步优选为50nm以下。
作为导电性热敏材料5所包含的导电性颗粒的含有量,无特别限制,以成为所期望的电阻值、体积电阻值的方式设定即可,从在较广的温度范围内能够高精度地测定被检测体的温度的热敏元件的观点出发,例如优选小于15质量%,更优选2~9质量%左右。例如,在作为导电性颗粒使用通过油炉法制造的导电性炭黑的情况下,从同样的观点出发,例如优选小于10质量%,更优选1~8质量%左右,进一步优选2~6质量%左右。另外,在使用通过乙炔分解法制作的导电性炭黑的情况下,从同样的观点出发,例如优选小于15质量%,更优选4~12质量%左右,进一步优选6~9质量%左右。
作为导电性热敏材料5所包含的树脂,无特别限制,能够使用公知的导电性热敏材料所包含的树脂。树脂的玻璃化转变温度能够根据热敏元件的使用方式适当选择。从制成在较广的温度范围内能够高精度地测定被检测体的温度的热敏元件的观点出发,树脂的玻璃化转变温度优选为温度检测部21的温度测定范围的上限值以上。即,例如在温度检测部21的温度测定范围的上限值为200℃的情况下,树脂的玻璃化转变温度优选在200℃以上,在温度检测部21的温度测定范围的上限值为100℃的情况下,树脂的玻璃化转变温度优选在100℃以上。作为树脂的玻璃化转变温度的调整法,例如可以列举调整树脂的分子量、分子骨架等的方法。作为树脂的玻璃化转变温度例如优选80~400℃左右。此外,在导电性热敏材料包含多种树脂的情况下,树脂的玻璃化转变温度是指导电性热敏材料所包含的树脂整体的玻璃化转变温度。
作为树脂的具体例,可以列举硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂等的热固化性树脂;聚酰胺酰亚胺树脂、聚醚酰亚胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚酰胺树脂、聚缩醛树脂、聚苯硫醚树脂、聚醚醚酮树脂、氟树脂、聚酯树脂等的热塑性树脂。在上述树脂中,从制成在较广的温度范围内能够高精度地测定被检测体的温度的热敏元件的观点出发,优选硅酮树脂、聚酰亚胺树脂、环氧树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、聚醚酰亚胺树脂,尤其优选聚酰亚胺树脂、环氧树脂。玻璃化转变温度为200℃以上的树脂,可以单独使用一种,可以将两种以上组合使用。
本实施方式中,树脂的玻璃化转变温度(Tg(℃))是通过差示扫描量热法(DSC)进行测定而得到的值。
作为导电性热敏材料所包含的树脂的含有量,能够根据导电性颗粒的种类等进行设定,无特别限制,但是从制成在较广的温度范围内能够高精度地测定被检测体的温度的温度检测部21的观点出发,例如优选85质量%以上,更优选91~98质量%左右。例如,作为导电性颗粒使用通过油炉法制造的导电性炭黑的情况下,从同样的观点出发,例如优选90质量%以上,更优选92~99质量%左右,进一步优选94~98质量%左右。另外,在使用通过乙炔分解法制造的导电性炭黑的情况下,从同样的观点出发,例如优选85质量%以上,更优选88~96质量%左右,进一步优选91~94质量%左右。
导电性热敏材料5除了上述的导电性颗粒和树脂之外,还可以包含添加剂。作为添加剂,无特别限制,能够使用氧化钛、氧化铝、云母等的具有PTC特性的导电性热敏材料5所包含的公知的添加剂。
本实施方式的各温度检测部21的200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上。即,在导电性热敏材料5上配置电极而测定得到的200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上,导电性热敏材料5的电阻值与温度的关系成为这样的特定的关系。在该温度检测部21中,导电性热敏材料5包含导电性颗粒和树脂,且电阻值和温度具有这样的特定的关系,由此,能够在较广的温度范围(例如30℃~200℃的范围)内高精度地测定被检测体的温度。此外,本实施方式中,导电性热敏材料5的电阻值的值是通过在后述的实施例中记载的方法测定得到的值。
从在30℃~200℃的范围内更加高精度地测定被检测体的温度的观点出发,导电性热敏材料5的200℃时的电阻值优选为30℃时的电阻值的1.5倍以上,更优选为30℃时的电阻值的1.7倍以上。
另外,例如从在30℃~150℃的范围内更加高精度地测定被检测体的温度的观点出发,各温度检测部(导电性热敏材料)21的150℃时的电阻值优选为30℃时的电阻值的1.2倍以上,更优选为30℃时的电阻值的1.5倍以上,进一步优选为30℃时的电阻值的1.7倍以上。并且,例如从在30℃~100℃的范围内更加高精度地测定被检测体的温度的观点出发,各温度检测部(导电性热敏材料)21的100℃时的电阻值优选为30℃时的电阻值的1.2倍以上,更优选为30℃时的电阻值的1.5倍以上,进一步优选为30℃时的电阻值的1.7倍以上。
另外,各温度检测部(导电性热敏材料)21的温度测定范围的最高温度的电阻值为最低温度的电阻值的5倍以下,由此,能够更高精度地测定被检测体的温度。例如从在30℃~100℃的范围内更高精度地测定被检测体的温度的观点出发,各温度检测部(导电性热敏材料)21的100℃时的电阻值优选为30℃时的电阻值的5倍以下,更优选为30℃时的电阻值的3.5倍以下。例如从在30℃~150℃的范围内更高精度地测定被检测体的温度的观点出发,温度检测部(导电性热敏材料)21的150℃时的电阻值优选为20℃时的电阻值的5倍以下,更优选为20℃时的电阻值的4.5倍以下。例如从在30℃~200℃的范围内更高精度地测定被检测体的温度的观点出发,温度检测部(导电性热敏材料)21的200℃时的电阻值优选为30℃时的电阻值的5倍以下。
在本实施方式的温度检测部(导电性热敏材料)21的30℃~200℃的温度范围中的电阻值的变化率,无特别限制,但从更高精度地测定被检测体的温度的观点出发,优选在0.12~2.4%/℃的范围,更优选在0.5~1%/℃的范围。此外,在比30℃~200℃窄的温度范围使用各温度检测部(导电性热敏材料)21的情况下,该温度范围中的电阻值的变化率在1~2.4%/℃的范围,由此,能够更高精度地测定被检测体的温度。例如,从在30℃~150℃的范围内更高精度地测定被检测体的温度观点出发,30℃~150℃的温度范围中的电阻值的变化率优选在上述的范围。另外,例如从在30℃~100℃的范围内更高精度地测定被检测体的温度观点出发,30℃~100℃的温度范围中的电阻值的变化率优选在上述的范围。此外,本实施方式中,温度检测部(导电性热敏材料)21的电阻值的变化率的值是通过后述的实施例中记载的方法测定得到的值。
本实施方式的温度检测部(导电性热敏材料)21的30℃~200℃的温度范围中的体积电阻率,无特别限制,从更高精度地测定被检测体的温度的观点出发,例如优选10Ω·cm~100kΩ·cm,更优选100Ω·cm~50kΩ·cm。此外,在本实施方式中,温度检测部(导电性热敏材料)21的30℃~200℃的温度范围中的体积电阻率的值是通过在后述的实施例中记载的方法测定得到的值。
导电性热敏材料形成为片状(薄膜状),其厚度无特别限制。但从更高精度地测定被检测体的温度观点出发,例如优选100μm以下,更优选10~50μm左右,进一步优选20~40μm左右。
接着,说明用于形成上述导电性热敏材料的墨(ink)。该墨除了上述导电性颗粒和上述树脂之外,还包括溶剂,具有导电性颗粒和树脂分散在溶剂中的形态。本实施方式的传感器片例如能够通过将该墨涂敷在电极的表面并使溶剂干燥而容易地制造。
作为本实施方式的墨所使用的溶剂,只要是能够使导电性颗粒和树脂分散、涂敷于电极的表面后能够干燥的溶剂即可,无特别限制。作为溶剂的具体例,可以列举三甘醇二甲醚、N-甲基-2-吡咯烷酮等。溶剂可以单独使用一种,也可以将两种以上组合使用。
作为该墨中的溶剂的比例,无特别限制,可以列举例如20~40质量%左右。另外,导电性颗粒和树脂的配合量等以使得在溶剂干燥后成为上述的导电性热敏材料中的含有量的方式进行调整即可。
该墨除了溶剂之外,还可以添加消泡剂等公知的成分。
墨的涂敷法无特别限制,例如能够使用公知的方法进行,例如,能够采用流延法(casting)、浸涂法、模具涂敷法、辊涂法、棒涂法、旋涂法等涂敷法;丝网印刷法、喷墨法、凹版印刷法、柔性版印刷法、平版印刷法、微接触印刷法等各种印刷法。
(温度分布传感器片的制造方法)
接着,参照图6说明温度分布传感器片1的制造方法。温度分布传感器片1例如按以下的方式制造。首先,如图6所示,在薄膜基材2之上通过丝网印刷形成第1配线电极组3。接着,在第1配线电极3a之上通过丝网印刷形成导电性热敏材料5。接着,以隔着导电性热敏材料5的方式,在第1配线电极组3之上通过丝网印刷形成第2配线电极组4。
此外,通过丝网印刷形成第1配线电极组3、第2配线电极组4以及导电性热敏材料5,但不限于此,也可以通过喷墨印刷、转印的方式形成。另外,可以通过基板配线技术(铜蚀刻等)对第1配线电极组3和第2配线电极组4进行配线。由此,能够形成非常薄(例如0.1mm)且有柔软性的温度分布传感器片1。
此外,温度分布传感器片1的制造方法不限于上述的方法,也可以在薄膜基材2上依次形成第1配线电极组3、导电性热敏材料5、第2配线电极组4。
(传感器系统)
接着,说明本实施方式的传感器系统。传感器系统101如作为说明图的图7所示,具有温度分布传感器片1、PC(Personal Computer)31和连接器(电路)32。连接器32通过有线与PC31电连接,但也可以通过无线连接。
连接器32支承温度分布传感器片1。温度分布传感器片1的端部区域设置有未图示的多个端子,各端子与设置于连接器32的多个接点中的任一者电连接。设置在温度分布传感器片1的多个温度检测部21各自经配线与对应的端子连接。
连接器32获取温度检测部21的电磁特性的变化作为输出值。连接器32为了对多个温度检测部21依次进行电压的施加等,组装有复用器这样的电子元件。
连接器32通过对多个温度检测部21依次施加电压,从多个温度检测部21中的各温度检测部21依次获得输出。具体而言,当令第1配线电极3a和第2配线电极4a中的一者为驱动电极、另一者为接收电极时,连接器32对多个驱动电极依次施加电压,在施加的状态下依次测定多个接收电极的电阻值,由此,获得各温度检测部21的输出。接收电极的电阻值通过运算放大器反向放大,作为电压值获取。通过设定施加电压、输出的放大率,能够将输出任意放大。
连接器32将从温度分布传感器片1的各温度检测部21输出的表示温度值的模拟信号转换为数字信号后向PC31输出。
PC31包括:作为演算处理装置的CPU(Central Processing Unit:中央处理器);存储有CPU执行的控制程序和控制程序所使用的数据的硬盘和ROM(Read Only Memory:只读存储器);和用于在程序执行时将数据暂时存储的RAM(Random Access Memory:随机存取存储器)。
另外,传感器系统101具有测定与温度分布传感器片1相同的气氛的温度的未图示的热电偶(测量器)。热电偶设置在连接器32,但不限于此,可以设置在温度分布传感器片1的附近。从热电偶输出的测定信号被转换为数字信号而被输入PC31。此外,测定与温度分布传感器片1相同的气氛的温度的装置不限于热电偶。另外,也能够设定不仅测定温度,还测定与温度分布传感器片1相同的气氛的湿度的测量器,也能够使该测量器与测量温度的装置一体化。
PC31作为根据由多个温度检测部21各自获得的输出值计算温度分布的计算部发挥作用。通过根据由多个温度检测部21各自获得的输出值计算温度分布,能够测定被检测体的温度分布。
图8中示出温度分布传感器的传感器输出与温度的关系。在此,传感器输出的单位是温度(℃)。可知使温度在20℃至70℃之间变化时,传感器输出随此而变化。
另外,图9中示出在以室温(22℃)固定的状态下对温度分布传感器按100kPa、200kPa、300kPa、400kPa阶段性地加压时的温度分布传感器的输出。可知温度传感器输出不依赖于压力。
另外,PC31中装有本实施方式的校正程序所涉及的程序代码。由此,PC31作为进行后述的平衡处理和校准处理的控制部发挥作用。
(温度分布传感器的平衡处理)
接着,参照图10所示的流程图,说明对温度分布传感器的温度分布进行修正的平衡处理。温度分布传感器片1具有多个温度检测部21,因此,可预想到在温度检测部21间输出会出现不均。因此,将所有温度检测部21被保持为固定的温度,使用各温度检测部21的输出值及其平均值,导出用于对各温度检测部21彼此的灵敏度差进行修正的修正系数,由此,能够在实际的测定时修正多个温度检测部21彼此的灵敏度差。在将所有的温度检测部21被保持为固定的温度时,能够适宜使用恒温槽。
首先,在连接器32安装温度分布传感器片1。然后,将温度分布传感器片1设置在温度均匀的气氛中(步骤S1)。然后,PC31获取各温度检测部21的数字输出(步骤S2)。
接着,PC31计算各温度检测部21的数字输出的平均值(步骤S3)。然后,PC31计算各温度检测部21的修正系数(步骤S4)。具体而言,各自求出将平均值除以各输出值而得到的商作为各温度检测部21的修正系数。然后,PC31存储各温度检测部21的修正系数(步骤S5)。具体而言,PC31生成包含各温度检测部21的修正系数的校正文件,存储于存储部(RAM、硬盘等)。
作为一个例子,图11的(a)中示出由3行3列的9个温度测定部(热敏传感器)21构成的假想的温度分布传感器片1的平衡处理中,从9个温度检测部21得到的各温度检测部21的输出值。这9个输出值的平均值是49.9,因此,计算平均值/输出值。通过该除法运算得到的商是图11的(b)所示的各温度检测部21的修正系数。
将如上述方式获得的修正系数乘以在实际的用途中使用温度分布传感器片1获得的来自温度检测部21的输出值,成为图11的(c)所示的修正结果。由此,能够消除温度分布传感器片1内的多个温度检测部21间的灵敏度差。
此外,在上述的例子中使用将温度检测部21被保持为一个规定温度而获得的输出值进行平衡处理,但也可以使用将温度检测部21被保持为相互不同的2个以上的规定温度而得到的输出值进行平衡处理。在该情况下,也可以将各温度检测部21设置在相互不同的2个以上的规定温度而求出图11的(b)所示那样的修正系数,将它们的平均值作为该温度检测部21的固定的修正系数导出。代替这种方式,也可以根据在相互不同的2个以上的规定温度分别求出的修正系数,将修正系数作为温度的函数导出。
(温度分布传感器的校准处理)
接着,参照图12所示的流程图,说明对温度分布传感器的输出值进行修正的校准处理。本实施方式的校正程序,使传感器系统101按以下方式工作,即,基于在温度分布传感器片1的一个或多个温度检测部21被保持为规定的温度时获得的来自一个或多个温度检测部21的输出值,导出针对来自温度检测部21的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到温度检测部的温度输入值具有相关性(线性、非线性)的温度输出值。即,使传感器系统101以进行校准处理的方式工作。
可预想到各温度检测部21的输出不为与实际的温度成比例的输出。因此,在将已知的温度作为温度输入值施加的状态下获取各个温度检测部21的输出值,求出输出值和温度输入值的关系式(温度换算式)。于是,根据该温度换算式,导出针对来自温度检测部21的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到各温度检测部21的温度输入值具有相关性(线性、非线性)的温度输出值。通过将该转换系数乘以温度检测部21的输出值,能够获得与施加到温度检测部21的温度输入值具有相关性(线性、非线性)的温度输出值。
首先,在连接器32安装温度分布传感器片1。然后,将温度分布传感器片1设置在温度均匀的气氛中(步骤S11)。另外,将热电偶设置在与温度分布传感器片1相同的气氛中。然后,将热电偶测定得到的温度值x输入PC31(步骤S12)。之后,PC31获取各温度检测部21的数字输出y(步骤S13)。此外,PC31获取各温度检测部21的数字输出y后,可以将热电偶测定得到的温度值x输入PC31。通过利用热电偶测定与温度分布传感器片1相同的气氛的温度,能够自动进行温度输入。另外,通过将热电偶测定得到的温度值作为温度输入值,能够以任意的温度进行校正。
接着,判定是否进行另一温度的修正(步骤S14)。如后述方式,使用2点以上进行直线修正或曲线修正的情况下,判定为进行另一温度的修正(S14:YES),改变气氛的温度(步骤S15)。然后,重复步骤S12和S13。也就是说,校正程序使传感器系统101按以下方式工作,即,基于在温度分布传感器片1的一个或多个温度检测部21被保持为相互不同的多个温度时获得的来自一个或多个温度检测部21的输出值,导出转换系数。
在步骤S14中,在判定为不进行另一温度的修正的情况下(S14:NO),PC31计算转换系数(步骤S16)。具体而言,在直线修正的情况下,将温度换算式的斜率的倒数,作为针对来自温度检测部21的输出值的转换系数求出。另外,在曲线修正的情况下,将传感器输出值的函数作为针对来自温度检测部21的输出值的转换系数求出。在此,传感器输出值是来自温度分布传感器片1内的所有温度检测部21的输出值的总和。然后,PC31存储各温度检测部21的转换系数(步骤S17)。具体而言,PC31生成包含各温度检测部21的转换系数以及温度换算式的校正文件,存储于存储装置(RAM、硬盘等)。
作为一个例子,在实际的温度检测部(热敏传感器)21的输入输出特性由直线X1表示的情况下,如图13的(a)所示,对于温度输入值x1(℃),获得传感器输出值y1(表示信号强度的任意的单位Raw)。在此所谓的温度输入值x1是施加到温度分布传感器片1内的所有温度检测部21的温度值的总和,传感器输出值y1是指来自温度分布传感器片1内的所有温度检测部21的输出值的总和。PC31通过向y=ax+b代入已知的温度变化率(斜率)a和y1、x1而求得截距b。此外,已知的温度变化率a是预先通过实验求得的。
另外,作为一个例子,在实际的温度检测部21的输入输出特性由直线X2表示的情况下,如图13的(b)所示,对于温度输入值x1(℃),获得传感器输出值y1(表示信号强度的任意的单位Raw),对于温度输入值x2,获得传感器输出值y2。在此所谓的温度输入值x1、x2是温度分布传感器片1内的所有施加到温度检测部21的温度值的总和,传感器输出值y1、y2是指来自温度分布传感器片1内的所有温度检测部21的输出值的总和。PC31通过对y=ax+b带入上述2点,求得斜率a和截距b。
另外,作为一个例子,在实际的温度检测部21的输入输出特性由曲线Y1表示的情况下,如图13的(c)所示,对于温度输入值x1(℃),获得传感器输出值y1(表示信号强度的任意的单位Raw),对于温度输入值x2获得传感器输出值y2,对于温度输入值x3获得传感器输出值y3。在此所谓的温度输入值x1、x2、x3是施加到温度分布传感器片1内的所有温度检测部21的温度值的总和,传感器输出值y1、y2、y3是指来自温度分布传感器片1内的所有温度检测部21的输出值的总和。PC31根据上述3点和已知的曲线式(对数曲线、乘幂曲线)使用最小二乘法求得斜率a。具体而言,在对数曲线的情况下,求出斜率a和截距b。在乘幂曲线的情况下,求出斜率a和指数b。
将如上述那样求出的转换系数乘以在实际的用途中使用温度分布传感器片1获得的来自温度检测部21的输出值,能够求出成为与向温度检测部21输入的温度输入值大致相同的值的温度输出值。
此外,在上述的例子中使用温度分布传感器片1内的所有温度检测部21进行校准处理,但也可以使用所有温度检测部21中的一部分温度检测部21(可以为1个)进行校准处理。在该情况下,为了提高转换系数的精度,优选首先进行平衡处理,对于将输出值乘以修正系数而得到的修正输出值求出温度换算式。
(验证处理)
PC31生成并存储包含通过平衡处理求出的每个温度检测部21的修正系数、通过校准处理求出的转换系数以及温度换算式的校正文件。校正文件可以是包含每个温度检测部21的修正系数以及转换系数的文件,也可以是包含将对修正系数乘以转换系数而得到的积作为每个温度检测部21的校正系数的文件。
校正程序使传感器系统101按以下方式工作,即,判定对温度检测部21的输出值乘以转换系数而得到的温度输出值是否与施加到温度检测部21的温度输入值一致。即,PC31判定通过对来自温度检测部21的输出值乘以转换系数而进行了修正的温度输出值是否与热电偶测定得到的温度值(温度输入值)一致。
具体而言,将相互不同的2个以上的规定的温度输入值施加到温度检测部21,对各输出值乘以修正系数和转换系数而导出温度输出值。然后,比较各温度输出值和对应的温度输入值,确认是否位于规定的误差范围内。此外,也可以对各输出值仅乘以转换系数而导出温度输出值。
例如,在100℃的环境下温度检测部21各自的输出值为D1=121raw、D2=130raw、D3=142raw、D4=111raw,在修正后的温度输出值为D1=100℃、D2=100℃、D3=101℃、D4=100℃的情况下,其误差为±1%以下,能够判断为温度换算式适合温度分布传感器。但是,在温度分布传感器与该温度换算式不适合的情况下,例如更换了温度分布传感器片1的情况,或因温度检测部21的劣化、损耗等部分发生灵敏度变化的情况下,修正后的温度输出值以D1=112℃、D2=102℃、D3=109℃、D4=103℃那样产生误差。通过将该误差的大小与预先任意设定的阈值相比,能够把握温度输出值和温度输入值的一致的程度。对温度分布传感器片1内的所有温度检测部21进行上述比较。然后,使显示器上显示“校正文件不适合温度分布传感器片”、“适合率99.8%”、“请更换温度分布传感器片。或者请再次实施校正”的文字。由此,能够进行用于实施正确的测量的支援。如果存在不位于规定的误差范围内的温度检测部21的情况下,作为不良品处置或者再次进行平衡处理和校准处理。
另外,校正程序使传感器系统101按以下方式工作,即,预先按多个温度分布传感器片1中的每个温度分布传感器片1存储转换系数,选择最适合所使用的温度分布传感器片1的转换系数。即,PC31预先按多个温度分布传感器片1中的每个温度分布传感器片1存储校正文件,选择最适合所使用的温度分布传感器片1的校正文件。
例如,为了将从特定的温度分布传感器A(温度分布传感器片A)获取并预先保存的校正文件A1与从其它的温度分布传感器B、C(温度分布传感器片B、C)获取并预先保存的校正文件B1、C1区分,计算在常温或者特定的温度下从温度分布传感器A的各温度检测部21获取的输出值与校正文件A1、B1、C1中的各校正文件的适合率。由此,通过将特定的最适的校正文件反映(修正)到来自温度检测部21的输出值,能够进行精度良好的测量。在此,通过预先根据预先在多个温度区域获取的输出值生成校正文件,与使用根据在单独的温度区域获取的输出值生成的校正文件相比,能够进行精度更好的测量。
此外,可以认为温度检测部21的电磁特性会因吸湿而发生变化,或者导电性热敏材料5因水解而劣化变质。对此,也能够通过上述测量器,测定与温度分布传感器片1相同的气氛的湿度,基于测定得到的湿度,决定上述转换系数。即,也能够预先一并进行任意的湿度的校准,使用与测定的湿度对应的转换系数,使传感器系统101工作。这样的功能也能够预先安装在校正程序中。
(效果)
如以上所述,本实施方式所涉及的温度分布传感器片1是在第1配线电极3a之上形成导电性热敏材料5且在导电性热敏材料5之上形成第2配线电极4a而制造出的,因此,在第1配线电极3a与导电性热敏材料5之间以及导电性热敏材料5与第2配线电极4a之间不存在后来贴合时形成的那样的贴合面(边界面)。由此,在检测被检测体的温度时,感热性材料5的电磁特性不会因施加于贴合面的压力而变化,因此在温度检测部21中变化的电磁特性不产生扰动。由此,能够高精度地测定被检测体的温度。
另外,使从第1配线电极3a至第2配线电极4a的厚度均匀,能够防止在温度分布的测量时由被检测体引起的按压力集中在温度检测部21。其结果是,设置在温度检测部21的导电性热敏材料5不产生形变,因此能够防止测温误差的产生。另外,能够防止被温度分布传感器片1按压的被检测体产生凹凸压痕。
另外,用绝缘材料(保护用薄膜基材8等)覆盖温度检测部21,能够防止温度检测部21的电磁特性因吸湿而变化或导电性热敏材料5因水解而劣化变质。
另外,根据本实施方式所涉及的传感器系统101,通过根据由多个温度检测部21各自获得的输出值计算温度分布,能够测定被检测体的温度分布。
另外,通过用热电偶测定与温度分布传感器片1相同的气氛的温度,能够自动进行温度输入。
另外,根据本实施方式所涉及的校正程序,导出针对来自温度检测部21的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到温度检测部21的温度输入值具有相关性(线性、非线性)的温度输出值。可设想到各温度检测部21的输出值不为与实际的温度成比例的值。因此,导出表示来自一个或多个温度检测部21的输出值与施加到一个或多个温度检测部21的温度输入值的关系的温度换算式。然后,从温度换算式导出转换系数,对温度检测部21的输出值乘以转换系数。由此,能够求出成为与向温度检测部21输入的温度输入值大致相同的值的温度输出值。由此,能够对于温度检测部21的输出值获得适当的温度。
另外,基于在温度分布传感器片1的一个或多个温度检测部21被保持为相互不同的多个温度时获得的来自一个或多个温度检测部21的输出值,导出转换系数。通过将一个或多个温度检测部21被保持为相互不同的多个温度,能够求出温度和输出不是比例直线关系的温度换算式。由此,能够导出比通过保持为单一的温度而导出的转换系数精度高的转换系数。
另外,判定对温度检测部21的输出值乘以转换系数而得到的温度输出值是否与施加到温度检测部21的温度输入值一致。例如在更换了温度分布传感器片1的情况下,或因温度检测部21的劣化、损耗等部分产生灵敏度变化的情况下,修正后的温度输出值产生误差。通过将该误差的大小与预先任意设定的阈值相比,能够把握温度输出值和温度输入值的一致的程度。由此,能够避免在产生了误差的状态下进行测量。
另外,通过使传感器系统101所具有的热电偶测量得到的温度值为温度输入值,能够在任意的温度下进行校正。
另外,预先按多个温度分布传感器片1中的每个温度分布传感器片1存储转换系数,选择最适合所使用的温度分布传感器片1的转换系数。例如通过计算在常温或特定的温度下从各温度检测部21获取的输出值与多个转换系数中的各转换系数的适合率,确定最适合的转换系数。通过将该转换系数反映到来自温度检测部21的输出值,能够进行精度高的测量。
(变形例)
以上,说明了本发明的实施方式,但只不过是示出了具体例,不对本发明进行限定,具体的结构等能够适当进行设计变更。另外,发明的实施方式所记载的作用和效果不过是列举了由本发明产生的最佳的作用和效果,本发明的作用和效果不限于本发明的实施方式所记载的内容。
例如,温度分布传感器可以在相同的薄膜基材2之上相互隔开间隔地设置有第1配线电极组3和第2配线电极组4,在包含第1配线电极组3的端部和第2配线电极组4的端部的区域之上设置有导电性热敏材料5。在该情况下,施加于导电性热敏材料5的压力为规定值以下时,通过使得第1配线电极3a和导电性热敏材料5的接触面积以及第2配线电极4a和导电性热敏材料5的接触面积不发生变化,能够使得在导电性热敏材料5中变化的电磁特性不产生扰动。
另外,如图14所示,能够在保护薄膜8与薄膜基材2之间的整体充填绝缘材料9。由此,保护薄膜8与薄膜基材2之间的距离在传感器片整体上相同,能够使压力均匀作用。即,第1配线电极组3和第2配线电极组4交叉的部位,例如如图6所示,从薄膜基材2突出,因此,压力容易集中,但是通过如图14那样,能够抑制压力集中作用在该部位,能够保护配线电极组等。此外,作为制造方法,例如在图6中,形成第2配线电极组4a后,以覆盖薄膜基材2整体的方式形成绝缘材料,之后配置保护薄膜8即可。
B.温度、压力分布传感器片
以下,参照附图说明本发明的能够测定温度和压力的传感器片的优选实施方式。其中,对于与上述温度分布传感器片相同的结构标注相同的附图标记,省略说明。
(传感器片的结构)
本发明的实施方式的传感器片是测定温度分布和压力分布的器件。该传感器片具有测定温度分布的温度分布传感器和测定压力分布的压力分布传感器。温度分布传感器是根据温度的高低二维地排列电阻值等电磁特性变化的多个热敏传感器而形成的。另外,压力分布传感器是根据压力的大小二维地排列电阻值等电磁特性变化的多个压力传感器而形成的。
这样的传感器片能够用于与上述温度分布传感器片同样的用途。
如图15~图18所示,传感器片1包括:薄膜基材2;设置在薄膜基材2之上的第1配线电极组3;设置在第1配线电极组3之上的第2配线电极组4;和设置在第1配线电极组3与第2配线电极组4之间的导电性热敏材料5。此外,这些用于测定温度分布的结构与上述温度分布传感器片相同,因此,省略详细的说明。例如,图15~图18所涉及的说明中的用于测定温度分布的结构与温度分布传感器片相同。
接着,说明用于测定压力分布的结构。如图15所示,本实施方式所涉及的传感器片1包括:设置在第2配线电极组4之上的第3配线电极组6和设置在第2配线电极组4与第3配线电极组6之间的导电性压敏材料7。导电性压敏材料7由一对导电性压敏材料7a、7b(第1部位和第2部位)构成,但不限于此,可以为单体。在该情况下,例如,能够将第2配线电极组4和导电性压敏材料7固定,使导电性压敏材料7和第3配线电极组6可分离地接触。或者,能够将第3配线电极组6和导电性压敏材料7固定,使导电性压敏材料7和第2配线电极组4可分离地接触。这一点,在以下的实施方式中也相同,在一对电极之间配置有导电性压敏材料的情况下,将导电性压敏材料分割为两个,在将它们固定在各电极的基础上,分割的导电性压敏材料可分离地接触即可。或者,使导电性压敏材料一体化,与任一个电极固定,与另一个电极可分离地接触即可。
如图16所示,第3配线电极组6通过由线状的第3配线电极6a在A方向(第3方向)上并排设置多个而形成。此外,在本实施方式中,第1配线电极组3的第1配线电极3a并排设置的方向(第1方向)和第3配线电极组6的第3配线电极6a并排设置的方向(第3方向)相同,但不限于此。第3配线电极组6的第3配线电极6a并排设置的方向(第3方向)无特别限定。
如图17所示,导电性压敏材料7a设置成覆盖多个第2配线电极4a中的各第2配线电极4a。导电性压敏材料7b设置成覆盖多个第3配线电极6a中的各第3配线电极6a。但是,导电性压敏材料7a和导电性压敏材料7b至少设置在后述的压力检测部22,配置在第2配线电极4a与第3配线电极6a之间即可。在此,压力检测部22是第2配线电极4a与第3配线电极6a交叉的部位。
第2配线电极组4、第3配线电极组6和导电性压敏材料7构成压力分布传感器。如图18所示,作为第2配线电极4a和第3配线电极6a交叉的部位的各压力检测部22作为压力传感器发挥作用。
沿着第2配线电极组4和第3配线电极组6层叠的方向,对压力检测部22施加压力时,相互相对的导电性压敏材料7a和导电性压敏材料7b接触,接触面积发生变化,由此,一对导电性压敏材料7a、7b间的电阻变化。电阻从压力检测部22通过第2配线电极4a和第3配线电极6a传递到电源。由此,测定电阻值。能够根据测定得到的电阻值检测施加到压力检测部22的压力。
此外,压力检测部22的电阻值伴随施加的压力增加而降低,但是,其电阻值也可以伴随施加的压力增加而增加。另外,压力检测部22可以为电荷量或者感应电流等的电阻值以外的电磁特性根据压力的大小而发生变化的检测部。
第3配线电极6a与第1配线电极3a和第2配线电极4a同样地由银箔、铜箔、铝箔等的金属箔、导电性聚合物等构成。导电性压敏材料7与导电性热敏材料5同样地在导电性颗粒中添加粘合剂而形成。本实施方式中,导电性热敏材料5和导电性压敏材料7由相同的组成构成,但是也可以不同。通过调整各自的组成,能够共用测定所需要的电路。
此外,在本实施方式中,如图15所示,在温度分布传感器和压力分布传感器中共用第2配线电极组4,但不限于该结构。也可以在第2配线电极组4与导电性压敏材料7a之间设置第4配线电极组,以覆盖构成该第4配线电极组的各第4配线电极的方式设置导电性压敏材料7a。根据该结构,由第1配线电极组3、第2配线电极组4和导电性热敏材料5构成温度分布传感器,由第4配线电极组、第3配线电极组6和导电性压敏材料7构成压力分布传感器。具体的结构将在后文叙述。
进一步,传感器片1如图15所示,具有设置在第3配线电极组6之上的保护用薄膜基材8。保护用薄膜基材8与薄膜基材2同样地由聚酰亚胺、PET等具有可挠性的材料构成。
在此,在本实施方式中,如图17所示,通过在第1配线电极3a之上形成导电性热敏材料5,在导电性热敏材料5之上形成第2配线电极4a而制造。即,第1配线电极3a和导电性热敏材料5以及导电性热敏材料5和第2配线电极4a各自密合固定。因此,在第1配线电极3a与导电性热敏材料5之间以及导电性热敏材料5与第2配线电极4a之间不存在后来贴合时形成的贴合面(边界面)。这点与上述温度分布传感器片相同。
另外,本实施方式中,如图18所示,在俯视时,配置有多个温度检测部21的区域和配置有多个压力检测部22的区域重叠。这样,通过使多个温度检测部21的配置区域和多个压力检测部22的配置区域重叠,能够紧凑地形成传感器片1。由此,能够在被检测体的同一部位分别配置温度检测部21和压力检测部22,因此,能够在被检测体的同一部位同时测定温度和压力。
此外,本实施方式中,如图18所示,在俯视时,各温度检测部21和各压力检测部22重叠,但两者也可以不重叠。这点在后述的变形例中说明。
如图17所示,在温度检测部21彼此之间以及压力检测部22彼此之间设置有绝缘材料9。由此,使得从第1配线电极3a至第3配线电极6a的厚度均匀。
通过使从第1配线电极3a至第3配线电极6a的厚度均匀,在温度分布和压力分布的测量时能够防止被检测体的按压力集中在温度检测部21和压力检测部22。其结果是,设置在温度检测部21的导电性热敏材料5不产生形变,因此,能够防止测温误差的产生。另外,能够消除压力检测部22及其以外的高低差,因此,能够防止由高低差引起的测压误差的产生。另外,能够防止被传感器片1按压的被检测体产生凹凸压痕。
另外,如作为立体图的图19所示,在第3配线电极组6之上设置有由绝缘材料形成的保护用薄膜基材8。由此,能够保护第3配线电极6a的表面并且防止第3配线电极6a彼此的短路。
用保护用薄膜基材8、绝缘树脂材料等的绝缘材料覆盖压力检测部22,能够防止压力检测部22的电磁特性因吸湿而发生变化或者导电性压敏材料7因水解而发生劣化变质。
(传感器片的制造方法)
接着,参照图20说明传感器片1的制造方法。传感器片1例如按以下的方式制造。首先,如图20所示,在薄膜基材2之上通过丝网印刷形成第1配线电极组3。接着,在第1配线电极3a之上通过丝网印刷形成导电性热敏材料5。接着,以隔着导电性热敏材料5的方式在第1配线电极组3之上通过丝网印刷形成第2配线电极组4。接着,在第2配线电极4a之上通过丝网印刷形成导电性压敏材料7a。
另一方面,在保护用薄膜基材(第2薄膜基材)8之上通过丝网印刷形成第3配线电极组6。接着,在第3配线电极6a之上通过丝网印刷形成导电性压敏材料7b。之后,以第2配线电极组4和第3配线电极组6相对的方式贴合薄膜基材2和保护用薄膜基材8。此时,设置在第2配线电极4a之上的导电性压敏材料7a和设置在第3配线电极6a之上的导电性压敏材料7b接触,也可以不固定。即,当使薄膜基材和保护用薄膜基材分离时,上述导电性压敏材料7a、7b也能够分离。
另外,能够使用如下的制造方法。如图21所示,首先,在薄膜基材2之上通过丝网印刷形成第1配线电极组3。接着,以与第1配线电极组3正交的方式通过丝网印刷平行地形成多个带状的导电性热敏材料5。接着,在各导电性热敏材料5上通过丝网印刷形成第2配线电极4a。由此,形成第2配线电极组4。接着,在第2配线电极4a之上通过丝网印刷形成带状的导电性压敏材料7a。
之后的工序与图20相同,在保护用薄膜基材(第2薄膜基材)8之上通过丝网印刷依次形成第3配线电极组6和导电性压敏材料7b。然后,以第1配线电极组3和第3配线电极组6相对的方式贴合薄膜基材2和保护用薄膜基材8。
此外,通过丝网印刷形成第1配线电极组3、第2配线电极组4、第3配线电极组6、导电性热敏材料5以及导电性压敏材料7,但不限于此,可以通过喷墨印刷、转印的方式形成。另外,可以通过基板配线技术(铜蚀刻等)将第1配线电极组3、第2配线电极组4以及第3配线电极组6进行配线。由此,能够形成非常薄(例如0.1mm)且具有柔软性的传感器片1。
此外,传感器片1的制造方法不限于上述方法,可以在薄膜基材2依次形成第1配线电极组3、导电性热敏材料5、第2配线电极组4、导电性压敏材料7和第3配线电极组6。
(传感器系统)
接着,说明本实施方式的传感器系统。传感器系统101能够使用与温度分布传感器片的系统同样的系统。即,与作为说明图的图7同样,具有传感器片1、PC(PersonalComputer:个人电脑)31和连接器(电路)32。连接器32通过有线与PC31电连接,但也可以通过无线连接。这些结构除了设置有压力分布传感器之外,与温度分布传感器片的系统相同,因此,省略说明。
连接器32支承传感器片1。在传感器片1的端部区域设置有未图示的多个端子,各端子与设置在连接器32的多个接点中的任一者电连接。设置在传感器片1的多个压力检测部21和多个压力检测部22各自经配线与对应的端子连接。
连接器32获取温度检测部21和压力检测部22的电磁特性的变化作为输出值。连接器32为了对多个温度检测部21和多个压力检测部22依次进行电压的施加等,组装有复用器等的电子元件。如上述那样,在温度检测部21和压力检测部22共用第2配线电极组4,但是,通过使来自温度检测部21的输出值的获取和来自压力检测部22的输出值的获取在时间上分离,能够单独地获取输出。
连接器32通过对多个温度检测部21依次施加电压,从多个温度检测部21中的各温度检测部21依次获得输出。这点与上述温度分布传感器片的系统相同。
同样,连接器32通过对多个压力检测部22依次施加电压,从多个压力检测部22中的各压力检测部22依次获得输出。具体而言,当使第2配线电极4a和第3配线电极6a中的一者为驱动电极、另一者为接收电极时,连接器32对多个驱动电极依次施加电压,在施加的状态下依次测定多个接收电极的电阻,由此,获得各压力检测部22的输出。接收电极的电阻值通过运算放大器反向放大,作为电压值获取。通过设定施加电压、输出的放大率,能够将输出任意放大。
连接器32将从传感器片1的各温度检测部21输出的表示温度值的模拟信号转换为数字信号向PC31输出。另外,连接器32将从传感器片1的各压力检测部22输出的表示压力值的模拟信号转换为数字信号向PC31输出。
PC31的结构与上述温度传感器片的系统相同。
另外,传感器系统101具有与上述温度传感器片的系统同样的热电偶。另外,也能够具有测量湿度的测量器。
另外,传感器系统101具有测定施加到传感器片1的压力的未图示的压力传感器。这点与上述温度分布传感器片的系统相同。
PC31作为根据由多个温度检测部21各自获得的输出值计算温度分布且根据由多个压力检测部22各自获得的输出值计算压力分布的计算部发挥作用。通过根据由多个温度检测部21各自获得的输出值计算温度分布,能够测定被检测体的温度分布。另外,通过根据由多个压力检测部22各自获得的输出值计算压力分布,能够测定被检测体的压力分布。
温度分布传感器的传感器输出与温度的关系与上述的图8所示的关系相同,因此,省略说明。另外,关于图9所涉及的说明也相同。
另外,PC31作为基于由温度检测部21和压力检测部22中的一者获得的输出值,对另一者获得的输出值进行修正的修正部发挥作用。基于由温度检测部21获得的输出值,对由压力检测部22获得的输出值进行修正,能够排除压力检测部22的温度依赖性。另外,基于由压力检测部22获得的输出值,对由温度检测部21获得的输出值进行修正,能够排除温度检测部21的压力依存性。
压力分布传感器的温度依赖性具体而言能够通过以下的方法排除。首先,通过在一定加压状态下使温度变化时的输出曲线,求出压力分布传感器的温度依赖性。这可以在传感器片1的工厂出货时进行,也可以由各用户进行。另外,可以对所有压力检测部22实施,也可以将代表值应用于所有压力检测部22。接着,通过使用温度分布传感器测定多个温度点的输出,进行温度分布传感器的校正。即,进行后述的平衡处理和校准处理。这可以在传感器片1的工厂出货时进行,也可以由各用户进行。另外,可以对所有温度检测部21实施,也可以将代表值应用于所有温度检测部21。
然后,在压力分布传感器的压力分布的测定时,通过修正后的温度分布传感器获取正确的温度值,使用事先求出的压力分布传感器的温度依赖曲线来修正压力分布。由此,能够排除压力分布传感器的温度依赖性。在该方法中,即使温度变化率和由压力分布传感器的温度依赖性导致的变化率不一致,也能够进行压力分布的修正。
另外,温度分布传感器的压力依赖性具体而言能够通过以下的方法排除。首先,通过在被保持为一定温度的状态下使压力变化时的输出曲线,求出温度分布传感器的温度依赖性。这可以在传感器片1的工厂出货时进行,也可以由各用户进行。另外,可以对所有温度检测部21实施,也可以将代表值应用于所有温度检测部21。接着,通过使用压力分布传感器测定多个压力点的输出,进行压力分布传感器的修正。即,进行后述的平衡处理和校准处理。这可以在传感器片1的工厂出货时进行,也可以由各用户进行。另外,可以对所有压力检测部22实施,也可以将代表值应用于所有压力检测部22。
然后,在温度分布传感器的温度分布的测定时,通过校正后的压力分布传感器获取正确的压力值,使用事先求出的温度分布传感器的压力依赖曲线来修正温度分布。由此,能够排除温度分布传感器的压力依赖性。在该方法中,即使压力变化率和由温度分布传感器的压力依赖性导致的变化率不一致,也能够进行温度分布的修正。
另外,PC31中安装有本实施方式的校正程序所涉及的程序代码。由此,PC31作为进行后述的平衡处理和校准处理的控制部发挥作用。
(温度分布传感器的平衡处理、温度分布传感器的校准处理和验证处理)
温度分布传感器的平衡处理、温度分布传感器的校准处理和验证处理与上述的温度分布传感器片的系统相同,因此,省略说明。
(压力分布传感器的平衡处理)
接着,参照图22所示的流程图,说明对压力分布传感器的压力分布进行修正的平衡处理。温度分布传感器片1具有多个压力检测部22,因此,可预想到在压力检测部22间输出出现不均。因此,对所有的压力检测部22施加一定的压力,使用各压力检测部22的输出值及其平均值,导出用于对各压力检测部22彼此的灵敏度差进行修正的修正系数,由此,能够在实际的测定时修正多个压力检测部22彼此的灵敏度差。在对所有压力检测部22施加一定的压力时,能够适当使用在气压下膨胀的囊状物(空气袋)。
首先,在连接器32安装传感器片1。然后,对传感器片1施加均匀的压力(步骤S21)。然后,PC31获取各压力检测部22的数字输出(步骤S22)。
接着,PC31计算各压力检测部22的数字输出的平均值(步骤S23)。然后,PC31计算各压力检测部22的修正系数(步骤S24)。具体而言,将平均值除以各输出值而得到的商分别作为各压力检测部22的修正系数求出。然后,PC31存储各压力检测部22的修正系数(步骤S25)。具体而言,PC31生成包含各压力检测部22的修正系数的校正文件,存在于存储部(RAM、硬盘等)。
作为一个例子,图23的(a)表示由3行3列的9个压力测定部(压力传感器)22构成的假想的温度分布传感器片1的平衡处理中,由9个压力传感器得到的各压力传感器的输出值。这9个输出值的平均值是49.9,因此,计算平均值/输出值。这些通过除法运算得到的商是图23的(b)所示的各压力传感器的修正系数。
通过将如上述方式获得的修正系数乘以在实际的用途中使用传感器片1获得的来自压力检测部22的输出值,成为图23的(c)所示的修正结果。由此,能够消除传感器片1内的多个压力检测部22间的灵敏度差。
此外,在上述的例子中使用以一个规定压力按压压力检测部22而获得的输出值进行平衡处理,但是,也可以还是使用以相互不同的2个以上的规定压力按压压力检测部22而获得的输出值进行平衡处理。在该情况下,对于各压力检测部22,利用相互不同的2个以上的规定压力分别求出图23的(b)所示的修正系数,将该平均值作为该压力检测部22的固定的修正系数导出。代替地,可以根据以相互不同的2个以上的规定压力分别求出的修正系数,将修正系数作为压力的函数导出。
(压力分布传感器的校准处理)
接着,参照图24所示的流程图,说明对压力分布传感器的输出值进行修正的校准处理。本实施方式的校正程序使传感器系统101按以下方式工作,即,基于对传感器片1的一个或多个压力检测部22施加规定的压力时获得的来自一个或多个压力检测部22的输出值,导出相对于来自压力检测部22的输出值的转换系数,该转换系数用于获得相对于施加到压力检测部22的压力输入值具有相关性(线性、非线性)的压力输出值。即,使传感器系统101以进行校准处理的方式工作。
可设想到各压力检测部22的输出不是与实际的压力成比例的输出。因此,在将已知的压力作为压力输入值施加的状态下获取各个压力检测部22的输出值,求出输出值和压力输入值的关系式(压力换算式)。然后,根据该压力换算式,导出针对来自压力检测部22的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到各压力检测部22的压力输入值具有相关性(线性、非线性)的压力输出值。通过将该转换系数乘以压力检测部22的输出值,能够获得与施加到压力检测部22的压力输入值具有相关性(线性、非线性)的压力输出值。
首先,在连接器32安装传感器片1。然后,对传感器片1施加均匀的压力(步骤S31)。然后,将压力传感器测定得到的压力值x输入PC31(步骤S32)。然后,PC31获取各压力检测部22的数字输出y(步骤S33)。此外,PC31获取各压力检测部22的数字输出y后,可以将压力传感器测定得到的压力值x输入PC31。
接着,判定是否进行另一压力的修正(步骤S34)。如后述所述,使用2点以上进行直线修正或曲线修正的情况下,判定进行另一压力的修正(S34:YES),改变加压值(步骤S35)。然后,重复步骤S32和S33。即,校正程序使传感器系统101按以下方式工作,即,基于对传感器片1的一个或多个压力检测部22施加相互不同的多个压力时获得的来自一个或多个压力检测部22的输出值,导出转换系数。
在步骤S34中,在判定为不进行另一压力的修正的情况下(S34:NO),PC31计算转换系数(步骤S36)。具体而言,在直线修正的情况下,将温度换算式的斜率的倒数,作为针对来自压力检测部22的输出值的转换系数求出。另外,在曲线修正的情况下,将传感器输出值的函数作为针对来自压力检测部22的输出值的转换系数求出。在此,传感器输出值是来自传感器片1内的所有压力检测部22的输出值的总和。然后,PC31存储各压力检测部22的转换系数(步骤S37)。具体而言,PC31生成包含各压力检测部22的转换系数以及压力换算式的校正文件,存储在存储单元(RAM、硬盘等)。
作为一个例子,在实际的压力检测部22的输入输出特性由通过0点的直线X3表示的情况下,如图25的(a)所示,对于压力输入值x1(kPa),获得传感器输出值y1(表示信号强度的任意的单位Raw)。在此所谓的压力输入值x1是施加到传感器片1内的所有压力检测部22的压力值的总和,传感器输出值y1是指来自传感器片1内的所有压力检测部22的输出值的总和。PC31通过向y=ax代入y1、x1来求得温度变化率(斜率)a。
另外,作为一个例子,在实际的压力检测部22的输入输出特性由通过0点的曲线Y2表示的情况下,如图25的(b)所示,对于压力输入值x1(kPa),获得传感器输出值y1(表示信号强度的任意的单位Raw),对于压力输入值x2,获得传感器输出值y2。在此所谓的压力输入值x1、x2是传感器片1内的所有施加到压力检测部22的压力值的总和,传感器输出值y1、y2是指来自传感器片1内的所有压力检测部22的输出值的总和。PC31根据上述2点、0点和已知的曲线式(乘幂曲线)使用最小二乘法求得斜率a和指数b。
通过将如上述那样求出的转换系数乘以在实际的用途中使用传感器片1获得的来自压力检测部22的输出值,能够求出成为与向压力检测部22输入的压力输入值大致相同的值的压力输出值。
此外,在上述的例子中使用传感器片1内的所有压力检测部22进行校准处理,但也可以使用全部压力检测部22中的一部分压力检测部22(可以为1个)进行校准处理。在该情况下,为了提高转换系数的精度,优选首先进行平衡处理,对于将输出值乘以修正系数而得到的修正输出值求出压力换算式。
(验证处理)
PC31生成并存储包含通过平衡处理求出的每个压力检测部22的修正系数、通过校准处理求出的转换系数以及压力换算式的校正文件。校正文件可以是包含每个压力检测部22的修正系数以及转换系数的文件,也可以是包含对修正系数乘以转换系数而获得的积作为每个压力检测部22的校正系数的文件。
校正程序使传感器系统101按以下方式工作,即,判定对压力检测部22的输出值乘以转换系数而得到的压力输出值是否与施加到压力检测部22的压力输入值一致。即,PC31判定通过对来自压力检测部22的输出值乘以转换系数而进行了修正的压力输出值是否与压力传感器测定得到的压力值(压力输入值)一致。该具体的方法与温度分布传感器的方法相同,因此,省略该说明。
另外,PC31按多个传感器片1的每个传感器片1存储压力检测部22所涉及的校正文件,选择最适合所使用的传感器片1的校正文件。该具体的方法与温度分布传感器的方法相同,因此,省略该说明。
(效果)
如以上所述,本实施方式所涉及的传感器片1,通过使配置有多个温度检测部21的区域和配置有多个压力检测部22的区域在俯视时重叠,能够紧凑地形成传感器片1。由此,能够在被检测体的同一部位分别配置温度检测部21和压力检测部22,因此,能够在被检测体的同一部位同时测定温度和压力。
另外,与上述温度分布传感器片同样,传感器片1是通过在第1配线电极3a之上形成导电性热敏材料5且在导电性热敏材料5之上形成第2配线电极4a而制造的,因此能够高精度地测定被检测体的温度。另外,能够获得与温度传感器片表现出的效果相同的效果。
另外,通过使从第1配线电极3a至第3配线电极6a的厚度均匀,在温度分布和压力分布的测量时能够防止被检测体的按压力集中在温度检测部21和压力检测部22。其结果是,设置在温度检测部21的导电性热敏材料5不产生形变,因此能够防止测温误差的产生。另外,能够消除压力检测部22及其以外的高低差,因此能够防止由高低差引起的测压误差的产生。另外,能够防止被传感器片1按压的被检测体产生凹凸压痕。
另外,用绝缘材料(保护用薄膜基材8等)覆盖压力检测部22,能够防止压力检测部22的电磁特性因吸湿而变化或者导电性压敏材料7因水解而劣化变质。
另外,根据本实施方式所涉及的传感器系统101,通过根据由多个温度检测部21各自获得的输出值计算温度分布,能够测定被检测体的温度分布。另外,通过根据由多个压力检测部22各自获得的输出值计算压力分布,能够测定被检测体的压力分布。
另外,基于由温度检测部21获得的输出值,对由压力检测部22获得的输出值进行修正,能够排除压力检测部22的温度依赖性。另外,基于由压力检测部22获得的输出值,对由温度检测部21获得的输出值进行修正,能够排除温度检测部21的压力依赖性。
另外,根据本实施方式所涉及的校正程序,能够获得以下的效果。其中,温度检测如以下所述。
另外,导出针对来自压力检测部22的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到压力检测部22的温度输入值具有相关性(线性、非线性)的压力输出值。可设想到各压力检测部22的输出值不为与实际的压力成比例的值。因此,导出表示来自一个或多个压力检测部22的输出值与施加一个或多个压力检测部22的压力输入值的关系的压力换算式。然后,从压力换算式导出转换系数,对压力检测部22的输出值乘以转换系数。由此,能够求出成为与向压力检测部22输入的压力输入值大致相同的值的压力输出值。因此,能够对于压力检测部22的输出值获得适当的温度。
另外,基于对传感器片1的一个或多个压力检测部22施加相互不同的多个压力时获得的来自一个或多个压力检测部22的输出值,导出转换系数。通过对一个或多个压力检测部22施加相互不同的多个压力,能够求出压力和输出不是比例直线关系的压力换算式。由此,能够导出比通过施加单一的压力而导出的转换系数精度高的转换系数。
另外,判定对压力检测部22的输出值乘以转换系数而得到的压力输出值是否与施加到压力检测部22的压力输入值一致。例如在更换了传感器片1的情况下,或因压力检测部22的劣化、损耗等部分发生灵敏度变化的情况下,修正后的压力输出值产生误差。通过将该误差的大小与预先任意设定的阈值相比,能够把握压力输出值和压力输入值的一致的程度。因此,能够避免在产生了误差的状态下进行测量。
另外,在预先按多个传感器片1中的每个传感器片1存储转换系数,选择最适合所使用的温度分布传感器片1的转换系数。例如通过计算在常温或特定的温度下从各温度检测部21获取的输出值与多个转换系数中的各转换系数的适合率,确定最适合的转换系数。通过将该转换系数反映到来自温度检测部21的输出值,能够进行精度高的测量。对于这点,压力检测部22也同样。
(变形例)
以上,说明了本发明的实施方式,但只不过是示出了具体例,不对本发明进行限定,具体的结构等能够适当进行设计变更。另外,发明的实施方式所记载的作用和效果不过是列举了由本发明产生的最佳的作用和效果,本发明的作用和效果不限于本发明的实施方式所记载的内容。
例如,如图26~图28所示,也能够形成为各温度检测部21与各压力检测部22不重叠。图26是表示该温度压力传感器片的俯视图(除了保护用薄膜基材8之外的俯视图),图27是图26的A-A线剖面图,图28是图26的B-B线剖面图。
如图26~图28所示,在该温度压力传感器片中,在薄膜基材上交替配置有第1配线电极3a和第3配线电极6a。并且,在第1配线电极3a上配置有导电性热敏材料5,在第3配线电极6a上配置有导电性压敏材料7a。另外,在保护用薄膜基材8上交替配置有第2配线电极4a和第4配线电极6b。第4配线电极6b由与第1~第3配线电极同样的材料形成。并且,在第4配线电极6b上配置有导电性压敏材料7b。然后,薄膜基材1和保护用薄膜基材8以与配线电极彼此相对的方式贴合。由此,如图26所示,第1配线电极3a和第2配线电极4a交叉的部位构成温度检测部21,第3配线电极6a和第4配线电极6b交叉的部位,即导电性压敏材料7a、7b接触的部位,构成压力检测部22。
通过这样的结构,各温度检测部21和各压力检测部22能够以不重叠的方式分散。温度和压力的测定与上述的测定相同。在测定温度的情况下,例如通过对多个温度检测部21依次施加电压,从多个温度检测部21中的各温度检测部21依次获得输出。具体而言,当使第1配线电极3a和第2配线电极4a中的一者为驱动电极、另一者为接收电极时,连接器32对多个驱动电极依次施加电压,在被施加电压的状态下依次测定多个接收电极的电阻值,由此获得各个温度检测部21的输出。
同样,在测定压力的情况下,通过对多个压力检测部22依次施加电压,从多个压力检测部22中的各压力检测部22依次获得输出。具体而言,当使第3配线电极6a和第4配线电极6b中的一者为驱动电极、另一者为接收电极时,连接器32对多个驱动电极依次施加电压,在被施加电压的状态下依次测定多个接收电极的电阻值,由此获得各个压力检测部22的输出。
在制造中,也能够在保护用薄膜基材8仅配置第4配线电极6b和导电性压敏材料7b,将第2配线电极4a配置在薄膜基材1侧。
此外,上述例子中的第1配线电极3a、第2配线电极4a、第3配线电极6a和第4配线电极6b相当于本发明所涉及的第4配线电极、第5配线电极、第6配线电极和第7配线电极。
另外,也能够形成为以下的结构。关于这点,参照图29~图31进行说明。图29是表示该温度压力传感器片的俯视图(除保护用薄膜基材8之外的俯视图),图30是图29的C-C线剖面图,图31是表示该温度压力传感器片的制造方法的图。
如图29~图31所示,在该温度压力传感器片中,与图26~图28同样,在薄膜基材2上交替配置有第1配线电极3a和第3配线电极6a。并且,在第1配线电极3a上配置有导电性热敏材料5,在第3配线电极6a上配置有导电性压敏材料7a。进一步,在导电性热敏材料5上隔开规定间隔配置导电性接着剂95。另外,在保护用薄膜基材8上隔开规定间隔配置第2配线电极4a,以与它们交叉的方式配置导电性压敏材料7b。但是,在第2配线电极4a间的保护用薄膜基材上并不需要一定配置导电性压敏材料7b。此外,第4配线电极6b由与第1~第3配线电极同样的材料形成。之后,薄膜基材1和保护用薄膜基材8以配线电极彼此相对的方式贴合。具体而言,通过导电性接着剂95将第2配线电极4a固定在导电性热敏材料5上。另外,在导电性热敏材料7a上配置导电性热敏材料7b,但是它们仅接触,并不被固定。由此,如图29所示,第1配线电极3a和第2配线电极4a交叉的部位构成温度检测部21,第3配线电极6a和第4配线电极6b交叉的部位、即导电性压敏材料7a、7b接触的部位,构成压力检测部22。与图26不同,在图29的例子中,纵的列(图29的上下方向的列)中的交叉部位构成所有温度检测部21或压力检测部22。并且,具有温度检测部21的列和具有压力检测部22的列在横方向(图29的左右方向)上交替配置。
该传感器的工作方法与图26~图28所示的传感器相同。
此外,上述例子中的第1配线电极3a、第2配线电极4a、和第3配线电极6a相当于本发明所涉及的第1配线电极、第2配线电极和第3配线电极。
在上述的各例中,将第1配线电极和第3配线电极交替配置,将第2配线电极4a和第4配线电极6b交替配置,但是,也能够不交替配置而以在必要的部位配置温度检测部21、压力检测部22的方式适当改变配线电极的位置。
实施例
以下,列举实施例说明本发明,但本发明不限于此。以下,对构成温度分布传感器片的各温度检测部中的热敏元件进行研究。即,以下,对在基材4上依次层叠第1电极2、导电性热敏材料1和第2电极3而成的热敏元件进行研究。此外,该热敏元件例如如后述的图43和图44所示,能够采用在基材4上隔开间隔地配置第1电极2和第2电极3,在上述第1电极2和第2电极3之间配置导电性热敏材料1的方式。即,本发明所涉及的热敏元件只要包括以下即可:至少1个第1电极(例如相当于本发明所涉及的第1配线电极或第4配线电极);至少1个第2电极(例如相当于本发明所涉及的第2配线电极或第5配线电极);和与各第1电极和上述各第2电极电连接的至少1个导电性热敏材料。
(实施例1~3和比较例1)
使用行星式搅拌消泡装置(仓敷纺织株式会社制的MAZERUSTAR KK-V1000)将表1所记载的导电性颗粒、树脂、填料、溶剂和消泡剂混合而调制用于形成导电性热敏材料的墨。各成分的详细如后文所述。
接着,使用得到的墨,制造具有图32和图33所示的结构的热敏元件10。具体而言,如图32和图33所示,在聚酰亚胺片4(东丽杜邦公司制的聚酰亚胺薄膜(kapton)300V)之上通过丝网印刷配置第1电极2(聚酰亚胺的银填料分散体、三和化工公司(Sanwa ChemicalIndustrial Co.,Ltd.)制的SAP-15、厚度xa=8μm、宽度ya=2mm、长度za=7mm)。接着,以覆盖电极2的端部的方式通过丝网印刷涂敷上述的墨,形成导电性热敏材料1(位于电极的上表面的部分的厚度xb=28μm、宽度yb=5mm、长度zb=3mm)。接着,以包围热敏材料1的周围的方式通过丝网印刷形成流动防止壁7(三和化工公司制的IRP-1407、厚度xb=28μm、外形宽度yc=6mm、外形长度zc=4mm)。接下来,以覆盖导电性热敏材料1的方式通过丝网印刷形成第2电极3(聚酰亚胺的银填料分散体、三和化工公司制的SAP-15、厚度xd=8μm、宽度yd=7mm、长度zd=2mm)。此外,在进行温度测定时,使用熔点低的热敏电阻1时,如果进行比其熔点高的温度的测定,则热敏电阻1有可能流动。因此,在上述实施例中,在热敏电阻1的周围设置有流动防止壁。
(电阻值及其变化率的测定)
使用在上述中获得的热敏元件10,在下述的条件下测定表1记载的各温度下的电阻值和电阻值的变化率。即,将热敏元件10配置在恒温槽(大和科学株式会社制DF612),在热敏元件10的附近设置热电偶(亚速旺株式会社制、覆盖热电偶(Dg-K-5m-Y端子))。然后,一边用温度记录仪(基恩士株式会社(Keyence Corporation)制NR-1000)监视热电偶的温度,一边用测试器(日置电机株式会社制数字万用表(Digital HiTester)3805-50)测定各温度下的电阻值和电阻值的变化率。表1示出结果。另外,图34~图37示出实施例1~3和比较例1中的测定温度与电阻值的关系的曲线图,图38~图41示出测定温度与电阻值的倒数的关系的曲线图,图42示出测定温度与电阻值的变化率的关系的曲线图。
(体积电阻率的测定)
使用在上述中获得的墨,制造图43和图44所示的构造的热敏元件10,测定表1记载的温度下的体积电阻率。具体而言,如图43和图44所示,在聚酰亚胺片4(东丽杜邦公式制的聚酰亚胺薄膜(kapton)300V)之上,隔开间隔y1地通过丝网印刷形成第1电极2(聚酰亚胺的银填料分散体、三和化工公司制的SAP-15、厚度x=8μm、宽度ya=2mm、长度z=5mm)和第1电极3(聚酰亚胺的银填料分散体、三和化工公司制的SAP-15、厚度x=8μm、宽度yb=2mm、长度z=5mm)。接着,以填埋两电极2、3之间的方式通过丝网印刷涂敷上述的墨,形成导电性热敏材料1(厚度x=28μm、宽度y1=5mm、长度z=5mm)。
使用获得的热敏元件10测定表1记载的各温度下的体积电阻率。表1示出结果。
表1
表1中,各成分的详细如下。
炭黑:卡博特特种化学品墨公司(Cabot Specialty Chemicals InkCorporation)制的XC-72R;聚酰亚胺树脂/环氧树脂、氧化钛和三甘醇二甲醚,N-甲基-2-吡咯烷酮的混合物:三和化工公司制的IRP-1407;丙烯酸类聚合物:楠本化成公司制的帝司巴隆(DISPARLON)1970。
附图标记说明
1 传感器片
2 薄膜基材
3 第1配线电极组
3a 第1配线电极
4 第2配线电极组
4a 第2配线电极
5 导电性热敏材料
6 第3配线电极组
6a 第3配线电极
7 导电性压敏材料
8 保护用薄膜基材
9 绝缘材料
21 温度检测部
22 压力检测部
31 PC
32 连接器
101 传感器系统

Claims (30)

1.一种传感器片,其特征在于,包括:
薄膜基材;
多个第1配线电极对,该多个第1配线电极对设置在所述薄膜基材上,并且该多个第1配线电极对中的各第1配线电极对具有交叉的一对配线电极;和
导电性热敏材料,该导电性热敏材料在所述各第1配线电极对中设置在作为所述一对配线电极交叉的部位的温度检测部,并且配置在该一对配线电极之间,
多个所述温度检测部各自构成为,电磁特性根据温度的高低而变化,
所述一对配线电极和所述导电性热敏材料被固定。
2.如权利要求1所述的传感器片,其特征在于:
所述多个第1配线电极对包括:
第1配线电极组,该第1配线电极组设置在所述薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第1配线电极而形成;和
第2配线电极组,该第2配线电极组设置在所述第1配线电极组之上,并且在与所述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第2配线电极而形成,
所述导电性热敏材料设置在作为所述第1配线电极与所述第2配线电极交叉的部位的所述温度检测部,并且配置在所述第1配线电极与所述第2配线电极之间,
所述导电性热敏材料以固定在所述第1配线电极之上的方式形成,所述第2配线电极以固定在所述导电性热敏材料之上的方式形成。
3.如权利要求2所述的传感器片,其特征在于:
在所述温度检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此,从所述第1配线电极至所述第2配线电极的厚度均匀。
4.如权利要求2或3所述的传感器片,其特征在于:
所述温度检测部被绝缘材料覆盖。
5.如权利要求1所述的传感器片,其特征在于,还包括:
多个第2配线电极对,该多个第2配线电极对设置在所述薄膜基材上,该多个第2配线电极对中的各第2配线电极对具有交叉的一对配线电极;和
导电性压敏材料,该导电性压敏材料在所述各第2配线电极对中设置在作为所述一对配线电极交叉的部位的压力检测部,并且配置在该一对配线电极之间,
多个所述压力检测部各自构成为,电磁特性根据在所述各第2配线电极对中在所述一对配线电极层叠的方向上施加的压力的大小而变化。
6.如权利要求5所述的传感器片,其特征在于:
所述多个第1配线电极对包括:
第1配线电极组,该第1配线电极组设置在所述薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第1配线电极而形成;和
第2配线电极组,该第2配线电极组设置在所述第1配线电极组之上,并且在与所述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第2配线电极而形成,
所述导电性热敏材料设置在作为所述第1配线电极与所述第2配线电极交叉的部位的所述温度检测部,并且配置在所述第1配线电极与所述第2配线电极之间,
所述多个第2配线电极对包括:
所述第2配线电极组;和
第3配线电极组,该第3配线电极组设置在所述第2配线电极组之上或之下,并且在与所述第2方向交叉的第3方向上并排设置多个线状的第3配线电极而形成,
所述导电性压敏材料设置在作为所述第2配线电极与所述第3配线电极交叉的部位的所述压力检测部,并且配置在所述第2配线电极与所述第3配线电极之间。
7.如权利要求6所述的传感器片,其特征在于:
在俯视时,配置有多个所述温度检测部的区域与配置有多个所述压力检测部的区域重叠。
8.如权利要求6所述的传感器片,其特征在于:
在俯视时,配置有多个所述温度检测部的区域与配置有多个所述压力检测部的区域不重叠。
9.如权利要求6所述的传感器片,其特征在于:
所述导电性压敏材料包括第1部位和第2部位,
所述第1部位沿所述各第2配线电极配置,
所述第2部位沿所述各第3配线电极配置,
所述第1部位和第2部位可分离地接触。
10.如权利要求5所述的传感器片,其特征在于:
所述多个第1配线电极对包括:
第4配线电极组,该第4配线电极组设置在所述薄膜基材之上,并且在第1方向上并排设置多个线状的第4配线电极而形成;和
第5配线电极组,该第5配线电极组设置在所述第4配线电极组之上,并且在与所述第1方向交叉的第2方向上并排设置多个线状的第5配线电极而形成,
所述导电性热敏材料设置在作为所述第4配线电极与所述第5配线电极交叉的部位的所述温度检测部,并且配置在所述第4配线电极与所述第5配线电极之间,
所述多个第2配线电极对包括:
第6配线电极组,该第6配线电极组设置在所述薄膜基材之上,并且在所述第1方向上并排设置多个线状的第6配线电极而形成;和
第7配线电极组,该第7配线电极组设置在所述第6配线电极组之上,并且在所述第2方向上并排设置多个线状的第7配线电极而形成,
所述导电性压敏材料设置在作为所述第6配线电极与所述第7配线电极交叉的部位的所述压力检测部,并且配置在所述第6配线电极与所述第7配线电极之间,
在俯视时,配置有多个所述温度检测部的区域与配置有多个所述压力检测部的区域不重叠。
11.如权利要求10所述的传感器片,其特征在于:
所述第4配线电极和所述第6配线电极沿所述第2方向交替配置,
所述第5配线电极和所述第7配线电极沿所述第1方向交替配置。
12.如权利要求10或11所述的传感器片,其特征在于:
在所述温度检测部彼此之间和所述压力检测部彼此之间设置有绝缘材料,由此,从所述第1配线电极至所述第3配线电极的厚度均匀。
13.一种传感器系统,其特征在于,包括:
权利要求5至12中任一项所述的传感器片;
电路,该电路获取所述温度检测部和所述压力检测部的电磁特性的变化作为输出值;
计算部,该计算部根据由多个所述温度检测部各自获得的输出值计算温度分布,并且根据由多个所述压力检测部各自获得的输出值计算压力分布;和
控制部,该控制部至少控制所述传感器片的工作。
14.如权利要求13所述的传感器系统,其特征在于:
还包括修正部,该修正部基于由所述温度检测部和所述压力检测部中的一者获得的输出值,对由所述温度检测部和所述压力检测部中的另一者获得的输出值进行修正。
15.如权利要求13或14所述的传感器系统,其特征在于:
还包括测量器,该测量器测定与所述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者。
16.如权利要求13至15中任一项所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部基于在所述传感器片的一个或多个所述温度检测部被保持为规定的温度时获得的来自所述一个或多个温度检测部的输出值,导出针对来自所述温度检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到所述温度检测部的温度输入值具有相关性的温度输出值。
17.如权利要求16所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部基于在所述传感器片的一个或多个所述温度检测部被保持为相互不同的多个温度时获得的来自所述一个或多个温度检测部的输出值,导出所述转换系数。
18.如权利要求16或17所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部判定对所述温度检测部的输出值乘以所述转换系数而获得的温度输出值是否与施加到所述温度检测部的温度输入值一致。
19.如权利要求16至18中任一项所述的传感器系统,其特征在于:
还包括测量器,该测量器测定与所述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者,
所述控制部以所述测量器测量得到的温度值为所述温度输入值。
20.如权利要求16至19中任一项所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部基于对所述传感器片的一个或多个所述压力检测部施加规定的压力时获得的来自所述一个或多个压力检测部的输出值,导出针对来自所述压力检测部的输出值的转换系数,该转换系数用于获得与施加到所述压力检测部的压力输入值具有相关性的压力输出值。
21.如权利要求20所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部基于对所述传感器片的一个或多个所述压力检测部施加相互不同的多个压力时获得的来自所述一个或多个压力检测部的输出值,导出所述转换系数。
22.如权利要求20或21所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部判定对所述压力检测部的输出值乘以所述转换系数而获得的压力输出值是否与施加到所述压力检测部的压力输入值一致。
23.如权利要求16至22中任一项所述的传感器系统,其特征在于:
所述控制部预先按多个所述传感器片中的每个所述传感器片存储所述转换系数,选择最适合所使用的所述传感器片的转换系数。
24.如权利要求16至23中任一项所述的传感器系统,其特征在于:
还包括测量器,该测量器测定与所述传感器片相同的气氛的温度和湿度中的至少一者,
所述控制部基于由所述测量器测定到的湿度,决定所述转换系数。
25.如权利要求1至12中任一项所述的传感器片,其特征在于:
所述导电性热敏材料包括导电性颗粒和树脂,
200℃时的电阻值为30℃时的电阻值的1.2倍以上。
26.如权利要求25所述的传感器片,其特征在于:
30℃~200℃的温度范围中的体积电阻率在10Ω·cm~100KΩ·cm的范围。
27.如权利要求25或26所述的传感器片,其特征在于:
所述导电性热敏材料中的所述导电性颗粒的含有量小于15质量%。
28.如权利要求25至27中任一项所述的传感器片,其特征在于:
所述导电性热敏材料的厚度为100μm以下。
29.如权利要求25至28中任一项所述的传感器片,其特征在于:
100℃时的电阻值为30℃时的电阻值的5倍以下。
30.如权利要求25至29中任一项所述的传感器片,其特征在于:
30℃~200℃的温度范围中的电阻值的变化率在0.12~2.4%/℃的范围。
CN201580069137.5A 2014-12-18 2015-12-18 传感器片 Active CN107110716B (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-256534 2014-12-18
JP2014256533 2014-12-18
JP2014-256533 2014-12-18
JP2014256534 2014-12-18
JP2015-203403 2015-10-15
JP2015203403A JP6799908B2 (ja) 2015-10-15 2015-10-15 感温素子
PCT/JP2015/085592 WO2016098905A1 (ja) 2014-12-18 2015-12-18 センサシート

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107110716A true CN107110716A (zh) 2017-08-29
CN107110716B CN107110716B (zh) 2020-07-28

Family

ID=56126780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580069137.5A Active CN107110716B (zh) 2014-12-18 2015-12-18 传感器片

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10718680B2 (zh)
EP (1) EP3236225A4 (zh)
CN (1) CN107110716B (zh)
WO (1) WO2016098905A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113728216A (zh) * 2019-05-31 2021-11-30 株式会社村田制作所 传感器装置以及具备该传感器装置的传感器系统和物品

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6748020B2 (ja) * 2017-04-10 2020-08-26 ニッタ株式会社 判定システム及び判定プログラム
FR3076613B1 (fr) * 2018-01-05 2020-01-24 Isorg Capteur de temperature
US11280685B2 (en) 2018-10-01 2022-03-22 Goodrich Corporation Additive manufactured resistance temperature detector
US11566948B2 (en) * 2020-02-13 2023-01-31 Honeywell International Inc. Enhancing RTD measurement accuracy by means of variable excitation current
DE102021105532A1 (de) * 2021-03-08 2022-09-08 Innome Gmbh Foliensensor zur Temperaturmessung und Verfahren zur Herstellung desselben

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0161895A2 (en) * 1984-05-04 1985-11-21 Raychem Limited Sensor array
JP2000088670A (ja) * 1998-09-10 2000-03-31 Sony Corp 温度検出用装置及び圧力検出用装置
JP2012230022A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Tokyo Electron Ltd 温度校正装置及び温度校正方法
US20130168336A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Korea Research Institute Of Standards And Science Structure and method for attaching tactile sensor to curved surface

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0111890B1 (en) * 1982-12-15 1991-03-13 Nec Corporation Monolithic multicomponents ceramic substrate with at least one dielectric layer of a composition having a perovskite structure
JP4221772B2 (ja) * 1998-05-22 2009-02-12 パナソニック株式会社 感温センサおよびそれを用いた電子機器
JP2000088870A (ja) 1998-09-14 2000-03-31 Kubota Corp 流体の乱れの評価方法
US7106167B2 (en) * 2002-06-28 2006-09-12 Heetronix Stable high temperature sensor system with tungsten on AlN
JP2005331486A (ja) 2004-05-21 2005-12-02 Ngk Spark Plug Co Ltd 温度センサ
US7495542B2 (en) * 2004-08-12 2009-02-24 Kelk Ltd. Film temperature sensor and temperature sensing substrate
JP2006186272A (ja) 2004-12-28 2006-07-13 Tdk Corp サーミスタ
KR101236178B1 (ko) * 2005-12-30 2013-02-22 엘지디스플레이 주식회사 액정표시소자
US7412347B2 (en) * 2006-01-23 2008-08-12 Sherwood Engineering Design Services, Inc. Method and apparatus for measuring physical parameters
US7768376B2 (en) * 2006-10-31 2010-08-03 The Board Of Trustees Of The University Of Illinois Conformal mesh for thermal imaging
US8161826B1 (en) * 2009-03-05 2012-04-24 Stryker Corporation Elastically stretchable fabric force sensor arrays and methods of making
US7958789B2 (en) * 2008-08-08 2011-06-14 Tokai Rubber Industries, Ltd. Capacitive sensor
JP2010121979A (ja) 2008-11-17 2010-06-03 Fujikura Ltd 温度センサ及び温度分布測定装置
DE112011101444T5 (de) * 2010-04-26 2013-04-11 HME Co. Ltd. Temperatursensoreinrichtung und Strahlungsthermometer, der diese Vorrichtung verwendet, Herstellungsverfahren für Temperatursensorvorrichtungen, Mehrlagen-Dünnfilm-Thermosäule, die einen Fotoresistfilm und ein Strahlungsthermometer unter Benutzung dieser Thermosäule verwendet, sowie Herstellungsverfahren einer mehrlagigen Dünnfilm-Thermosäule
US9103732B2 (en) * 2010-05-25 2015-08-11 Google Technology Holdings LLC User computer device with temperature sensing capabilities and method of operating same
JP5545039B2 (ja) * 2010-05-31 2014-07-09 ソニー株式会社 情報処理装置および入力装置
FR2970566B1 (fr) * 2011-01-13 2013-11-15 Francis Cannard Dispositif de mesure de la pression a partir d'un objet souple, pliable et/ou extensible realise a partir de matiere textile comportant un dispositif de mesure
WO2012147432A1 (ja) 2011-04-28 2012-11-01 公立大学法人大阪府立大学 測温抵抗体及び温度計
WO2013114291A1 (en) 2012-01-30 2013-08-08 Pst Sensors (Proprietary) Limited Thermal imaging sensors
JP6030841B2 (ja) * 2012-03-26 2016-11-24 住友理工株式会社 静電容量型センサ
CA2827699A1 (en) * 2012-09-24 2014-03-24 Prakash Crj Naidu Tactile array sensor
US10107773B2 (en) * 2012-10-29 2018-10-23 MEMS-Vision International Inc. Methods and systems for humidity and pressure sensor overlay integration with electronics
CN105009045B (zh) * 2013-03-13 2018-10-12 索尼公司 传感器装置、输入装置和电子设备
US20160085346A1 (en) * 2013-04-18 2016-03-24 Sharp Kabushiki Kaisha Touch panel module and electronic information equipment
JP6589219B2 (ja) * 2014-02-06 2019-10-16 国立研究開発法人科学技術振興機構 温度センサー用樹脂組成物、温度センサー用素子、温度センサーおよび温度センサー用素子の製造方法
JP2015194948A (ja) * 2014-03-31 2015-11-05 ソニー株式会社 情報処理装置、入力装置、情報処理方法及びプログラム
JP6539204B2 (ja) * 2014-12-24 2019-07-03 日本メクトロン株式会社 感圧素子および圧力センサ

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0161895A2 (en) * 1984-05-04 1985-11-21 Raychem Limited Sensor array
JP2000088670A (ja) * 1998-09-10 2000-03-31 Sony Corp 温度検出用装置及び圧力検出用装置
JP2012230022A (ja) * 2011-04-27 2012-11-22 Tokyo Electron Ltd 温度校正装置及び温度校正方法
US20130168336A1 (en) * 2011-12-28 2013-07-04 Korea Research Institute Of Standards And Science Structure and method for attaching tactile sensor to curved surface

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113728216A (zh) * 2019-05-31 2021-11-30 株式会社村田制作所 传感器装置以及具备该传感器装置的传感器系统和物品

Also Published As

Publication number Publication date
WO2016098905A1 (ja) 2016-06-23
EP3236225A1 (en) 2017-10-25
US20180266908A1 (en) 2018-09-20
US10718680B2 (en) 2020-07-21
EP3236225A4 (en) 2018-07-18
CN107110716B (zh) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107110716A (zh) 传感器片
Nassar et al. Paper skin multisensory platform for simultaneous environmental monitoring
CN104204751B (zh) 大面积温度传感器
US8893565B2 (en) Apparatus for sensing
WO2016202028A1 (zh) 电子烟雾化温度控制方法、控制电路及可控温电子烟雾化芯
CN104903732B (zh) 具有固定输出的传感器阵列
US8216519B2 (en) Electronic chemical trace detector
JP2016118552A (ja) センサシート
CN104185780A (zh) 热成像传感器
US9442594B2 (en) Resistance changing sensor
CN105074407B (zh) 用于测量周围介质压力的电容式压力测量元件
EP3377867A1 (en) Digital sensor
JP6799908B2 (ja) 感温素子
CN101294854B (zh) 一种芯片式加热器件
CN105784786A (zh) 用于检测气态分析物的方法和传感器设备及其制造方法
JP5658951B2 (ja) 感圧センサー
WO2019026737A1 (ja) センサシート
US20230400368A1 (en) Sensor
US7295126B2 (en) Perforated plane moisture sensor
CN105716513B (zh) 一种新型薄膜传感器及生产工艺
KR101426913B1 (ko) 배터리 셀전압 센서
Marzęcki et al. Multilayer inkjet printed dew point hygrometer
KR102060384B1 (ko) 유연 열저항기 제조 방법, 유연 열저항기를 포함하는 온도 감지 장치 제조 방법, 및 유연 열저항기를 포함하는 온도 감지 장치
CN108955928A (zh) 一种柔性温度传感器及其制备方法
Kojić et al. A Counter of Number of Products on the Shelf–Influences on Capacitance of Interdigitated Capacitor with Application in Intelligent Packaging

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant