DE112016001170T5

DE112016001170T5 - Innentemperatur-Messvorrichtung und Temperaturdifferenz-Messmodul

Info

Publication number: DE112016001170T5
Application number: DE112016001170.9T
Authority: DE
Inventors: Shinya Nakagawa
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2015-03-12
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: US20170343422A1; CN107209065A; JP2016170027A; CN107209065B; DE112016001170B4; WO2016143528A1; US10564046B2; JP6398810B2

Abstract

Eine Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur enthält eine Basis und ein MEMS-Gerät, das auf der Basis angeordnet ist. Das MEMS-Gerät enthält eine Deckfläche 21 und eine Unterlage 22. Die Deckfläche 21 enthält eine erste Thermosäule 24b, die konfiguriert ist, einen ersten Temperaturunterschied zu messen, der verwendet wird, um eine Innentemperatur zu berechnen, und eine zweite Thermosäule 24d, die konfiguriert ist, einen zweiten Temperaturunterschied zu messen, der gemeinsam mit dem ersten Temperaturunterschied verwendet wird, um die Innentemperatur zu berechnen. Eine Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die erste Thermosäule 24b bildet, von einem Messungsende betrachtet wird, stimmt mit einer Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die zweite Thermosäule 24d bildet, von einem Messungsende aus betrachtet wird, überein.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur und ein Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds.
STAND DER TECHNIK
Ein Sensormodul mit einer Konfiguration von 10 (siehe zum Beispiel Dokument 1) ist als jenes bekannt, das eine Kernkörpertemperatur Tb messen kann, ohne durch einen individuellen Unterschied in Wärmewiderstand Rx eines Unterhautgewebes beeinflusst zu sein.
Die folgenden zwei Gleichungen gelten für das Sensormodul. Tb = (Tt – Ta)Rx/R1 + Tt (1) Tb = (Tt' – Ta')Rx/R2 + Tt' (2)
Wobei Ta und Ta' Temperaturen sind, die mit Temperatursensoren auf Deckflächenseiten von Wärmeflusssensoren links beziehungsweise rechts in 10 gemessen werden. Tt und Tt' sind Temperaturen, die mit Temperatursensoren auf Bodenflächenseiten von Wärmeflusssensoren links beziehungsweise rechts in 10 gemessen werden. R1 und R2 sind Wärmewiderstände von Wärmeisolatoren der Wärmeflusssensoren.
Die folgende Gleichung (3) kann erhalten werden wenn der Wärmewiderstand Rx durch eine Kombination der Gleichungen (1), (2) eliminiert wird.
[Mathematische Formel 1]

Tb = R2(Tt – Ta)Tt' – R1(Tt' – Ta')Tt / R2(Tt – Ta) – R1(Tt' – Ta') (3)

Dementsprechend kann im Sensormodul von 10 die Kernkörpertemperatur Tb berechnet werden, ohne durch den individuellen Unterschied des Wärmewiderstands Rx des Unterhautgewebes beeinflusst zu sein.
STAND-DER-TECHNIK-DOKUMENT
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanische Ungeprüfte Patentveröffentlichung Nr. 2007-212407

KURZDARSTELLUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Das Sensormodul erhält Informationen, die zur Berechnung der Kernkörpertemperatur Tb notwendig sind, unter Verwendung mehrerer Temperatursensoren. Eine Genauigkeit des Temperatursensors ist nicht sehr hoch. Deshalb wird im Sensormodul ein Wärmeisolator mit großem Wärmewiderstand und großer Wärmekapazität verwendet. Daraus resultierend hat das Sensormodul ein schlechtes Ansprechvermögen (es dauert lange, bis ein stabiles Messungsergebnis der Kernkörpertemperatur erhalten wird).
Wenn der MEMS-Chip, der die Thermosäule enthält, verwendet wird, um den Temperaturunterschied zu messen, nehmen der Wärmewiderstand und die Wärmekapazität des Sensormoduls, das die Kernkörpertemperatur misst, stark ab, wodurch die Kernkörpertemperatur mit gutem Ansprechvermögen gemessen werden kann. Da jedoch der MEMS-Chip ein extrem kleines Gerät ist (2 mm² bis 3 mm² oder weniger), tendiert die Verwendung des MEMS-Chips dazu, leicht einen geschätzten Fehler durch einen Einfluss eines Wärmestromes von einer Wärmequelle, außer einem Messobjekt, in einer Innentemperatur zu erzeugen.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur und ein Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds bereitzustellen, die kaum durch den Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, beeinflusst sind.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur, die eine Innentemperatur eines Messobjekts misst, wobei die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur enthält: eine Basis, wobei eine von Oberflächen der Basis während einer Berechnung der Innentemperatur des Messobjekts mit einer Oberfläche des Messobjekts in Kontakt gebracht wird; und ein MEMS-Gerät, das auf der anderen Oberfläche der Basis einem ersten Temperaturunterschied und einem zweiten Temperaturunterschied ausgesetzt ist, wobei der erste Temperaturunterschied und der zweite Temperaturunterschied verwendet werden, um die Innentemperatur des Messobjekts zu berechnen, das MEMS-Gerät eine Deckfläche und eine Unterlage enthält, wobei die Deckfläche eine erste Thermosäule, die konfiguriert ist, den ersten Temperaturunterschied zu messen, und eine zweite Thermosäule, die konfiguriert ist, den zweiten Temperaturunterschied zu messen, enthält, wobei die Unterlage die Deckfläche stützt, zumindest ein Hohlraum, der zur Deckfläche führt, in der Unterlage bereitgestellt ist, eine Ausrichtung, in der ein Referenzendes jedes Thermoelements, das die erste Thermosäule bildet, von einem Messungsende betrachtet wird, mit einer Ausrichtung übereinstimmt, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die zweite Thermosäule bildet, von einem Messungsende aus betrachtet wird.
Die Thermosäule ist für einen Temperaturgradienten in einer Richtung parallel zu einer Temperaturunterschiedsmessungsrichtung (einer Längsrichtung jedes Thermoelements der Thermosäule) der Thermosäule empfindlich. Falls der Temperaturgradient in der Richtung parallel zur Temperaturunterschiedsmessungsrichtung im MEMS-Gerät, das die mehreren Thermosäulen enthält, in denen die Temperaturunterschiedsmessungsrichtungen identisch sind, erzeugt wird, nimmt eine Ausgabe der Thermosäule in der Richtung ab, in der der Temperaturgradient bei Betrachtung des Referenzendes jedes Thermoelements vom Messende aus erhöht wird, und eine Ausgabe der Thermosäule nimmt in einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung zu, in der der Temperaturgradient bei Betrachtung des Referenzendes jedes Thermoelements vom Messende aus erhöht wird. Deshalb nimmt der geschätzte Fehler zu, falls die Innentemperatur aus den Ausgaben der zwei Thermosäulen berechnet wird, die bei Betrachtung des Referenzendes jedes Thermoelements vom Messende aus in die unterschiedlichen Richtungen ausgerichtet sind. Jedoch kann der geschätzte Fehler verringert werden, wenn die Konfiguration der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur der vorliegenden Erfindung angewendet wird (die Konfiguration, in der die Innentemperatur aus den Ausgaben der zwei Thermosäulen berechnet wird, die bei Betrachtung des Referenzendes jedes Thermoelements vom Messende aus in der identischen Richtung ausgerichtet sind). Dementsprechend agiert die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur der vorliegenden Erfindung als die Vorrichtung, die kaum für den Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, empfindlich ist.
Die Basis der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur kann ein einzelnes Bauteil sein (wie etwa eine Leiterplatte) oder ein Bauteil, in dem mehrere Bauteile kombiniert sind. Ein MEMS-Gerät, das mehrere erste Thermosäulen und mehrere zweite Thermosäulen enthält, kann als die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur verwendet werden.
Die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur kann ferner enthalten: eine Platine, die eine Rechenschaltung enthält, die konfiguriert ist, die Innentemperatur unter Verwendung des ersten und zweiten Temperaturunterschieds, die mit dem MEMS-Gerät gemessen werden, zu berechnen; und eine Baugruppe mit einer röhrenförmigen Form mit Boden, die mehrere Leitungsdrähte enthält. Die Baugruppe ist in ein Durchgangsloch eingefügt, das in der Platine ausgebildet ist, und die Basis ist ein Boden der Baugruppe. Wie hierin verwendet, bezeichnet die Baugruppe mit einer röhrenförmigen Form mit Boden eine Baugruppe, die einen Boden mit einer C-Form mit Boden, eine elliptische Röhrenform mit Boden, eine rechteckige Röhrenform mit Boden und dergleichen und eine Seitenwand, die den Boden umgibt, enthält.
In der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur, um die Genauigkeit der Messung der Innentemperatur zu verbessern, kann der Boden der Baugruppe zwei Einheiten hoher Wärmeleitfähigkeit enthalten, die aus einem ersten Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind, wobei die zwei Einheiten hoher Wärmeleitfähigkeit unter Verwendung eines Materials mit einer niedrigeren Wärmeleitfähigkeit als die des ersten Materials getrennt sind und das Messende jedes Thermoelements der ersten Thermosäule über einer der zwei Einheiten hoher Wärmeleitfähigkeit gelegen sein kann, während das Messende jedes Thermoelements der zweiten Thermosäule über der anderen Leiteinheit für große Hitze gelegen ist.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds, das einen ersten Temperaturunterschied und einen zweiten Temperaturunterschied misst, wobei der erste Temperaturunterschied und der zweite Temperaturunterschied verwendet werden, um eine Innentemperatur eines Messobjekts zu berechnen, wobei das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds enthält: eine Baugruppe mit einer röhrenförmigen Form mit Boden, die mehrere Leitungsdrähte enthält; und ein MEMS-Gerät, das auf einer Innenbodenfläche der Baugruppe angeordnet ist, wobei das MEMS-Gerät eine Deckfläche und eine Unterlage enthält, wobei die Deckfläche eine erste Thermosäule, die konfiguriert ist, den ersten Temperaturunterschied zu messen, und eine zweite Thermosäule, die konfiguriert ist, den zweiten Temperaturunterschied zu messen, enthält, wobei die Unterlage die Deckfläche stützt, mehrere Hohlräume, die zur Deckfläche führen, in der Unterlage bereitgestellt sind, eine Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die erste Thermosäule bildet, von einem Messende aus betrachtet wird, mit einer Ausrichtung übereinstimmt, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die zweite Thermosäule bildet, von einem Messende aus betrachtet wird.
Für die erste und zweite Temperatur, die vom Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds ausgegeben werden, ist der geschätzte Fehler während der Berechnung der Innentemperatur nicht erhöht. Wenn daher die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur unter Verwendung des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds der vorliegenden Erfindung hergestellt wird, kann die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur erhalten werden, die kaum für den Wärmestrom von der Wärmequelle, außer für das Messobjekt, empfindlich ist.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur und das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds, die kaum durch den Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, beeinflusst sind, hergestellt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Baugruppe veranschaulicht, die in einem Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur der Ausführungsform verwendet wird.
3A ist eine Draufsicht, die einen MEMS-Chip veranschaulicht, der im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds verwendbar ist.
3B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie III-III in 3A des MEMS-Chips in 3A genommen wird.
4A ist eine Draufsicht, die den MEMS-Chip veranschaulicht, der im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds verwendbar ist.
4B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie IV-IV in 4A des MEMS-Chips in 4A genommen wird.
5A ist ein erklärendes Diagramm, das eine Konfiguration der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur, die in einem Experiment verwendet wird, und eine Positionsbeziehung zwischen der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur und einem Zementwiderstand während eines Experiments veranschaulicht.
5B ist ein erklärendes Diagramm, das die Positionsbeziehung zwischen der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur und dem Zementwiderstand während des Experiments veranschaulicht.
6 ist ein erklärendes Diagramm, das ein experimentelles Ergebnis veranschaulicht.
7A ist ein erklärendes Diagramm, das einen Gehäuseboden veranschaulicht, der mehrere Wärmeübertragungspads enthält, die unter Verwendung eines Bauteils mit schlechter Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind.
7B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie VII-VII in 7A des Gehäuses in 7A genommen wird.
8A ist ein erklärendes Diagramm, das einen anderen Gehäuseboden veranschaulicht, der mehrere Wärmeübertragungspads enthält, die unter Verwendung des Bauteils mit der schlechten Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind.
8B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie VIII-VIII in 8A des Gehäusebodens in 8A genommen wird.
9 ist ein erklärendes Diagramm, das eine Modifikation eines Temperaturunterschiedsmoduls veranschaulicht.
10 ist ein erklärendes Diagramm, das ein Sensormodul veranschaulicht, das eine Kernkörpertemperatur messen kann ohne durch einen individuellen Unterschied im Wärmewiderstand eines Unterhautgewebes beeinflusst zu sein.
MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Als erstes wird eine Konfiguration eine Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 und 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Konfiguration einer Baugruppe 11 eines Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10, das in der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 enthalten ist, veranschaulicht.
Die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 misst (schätzt) eine Innentemperatur eines Messobjekts (wie etwa eines menschlichen Körpers), in dem ein nicht-Wärmegenerator nahe einer Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist. Die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 misst die Innentemperatur des Messobjekts, während eine untere Oberfläche (eine Oberfläche auf einer Bodenseite in 1) des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 mit der Oberfläche des Messobjekts in Kontakt ist.
Wie in 1 veranschaulicht, hat die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 die Konfiguration, in der das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 in ein Durchgangsloch eingefügt ist, das in einer Platine 30 ausgebildet ist.
In der Platine 30 sind einige Geräte 32 (wie etwa ein Widerstand und ein Kondensator), die eine Rechenschaltung 32a enthalten, auf einer Leiterplatte 31 montiert, in der das Durchgangsloch ausgebildet ist, um das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 einzufügen. Die Rechenschaltung 32a berechnet (schätzt) eine Innentemperatur Tb des Messobjekts, basierend auf drei Arten von Signalen, die einen Temperaturunterschied ΔT, einen Temperaturunterschied ΔT' und eine Temperatur Tr angeben, die vom Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 ausgegeben werden. Zum Beispiel wird ein Schaltkreis, der die Innentemperatur Tb aus der folgenden Innentemperatur-Berechnungsgleichung berechnet, als die Rechenschaltung 32a verwendet.
[Mathematische Formel 2]

Tb = Tr + ΔT(1 + k(ΔT' – ΔT) / k·ΔT' – ΔT)

In der Innentemperatur-Berechnungsgleichung steht k für einen Proportionalitätskoeffizienten, der basierend auf einer Form eines MEMS-Chips 20 vorbestimmt ist, ungeachtet eines Wärmewiderstands des Nicht-Wärmegenerators, der nahe der Oberfläche des Messobjekts vorhanden ist.
Das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 ist eines, in dem der MEMS-Chip 20 and eine ASIC 26 in der Baugruppe 11 angeordnet sind.
Die Baugruppe 11 des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 hat die Konfiguration in 2. Das heißt, die Baugruppe 11 enthält ein Gehäuse 12 mit einer im Wesentlichen quadratischen Röhrenform mit Boden. Im Gehäuse 12 der Baugruppe 11 sind mehrere Leitungsdrähte 13 in jeder von Seitenwänden 12a und 12b einander gegenüberliegend, mit einem vorbestimmten Intervall zur unteren Oberfläche des Gehäuses 12 bereitgestellt, um die Seitenwände 12a oder 12b zu durchstoßen. Ein Intervall zwischen jedem Leitungsdraht 13 der Baugruppe 11 und der unteren Oberfläche des Gehäuses 12 ist so festgelegt, dass die untere Oberfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 von der unteren Oberfläche der Platine 30 (Leiterplatte 31) hervorragt, wenn die Bodenseite des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 in das Durchgangsloch der Leiterplatte 31 eingefügt ist.
Im Boden (nachfolgend als ein Gehäuseboden bezeichnet) des Gehäuses 12 ist ein Wärmeübertragungspad 14 aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit (in der Ausführungsform, Metall) in einem Abschnitt angeordnet, wo der MEMS-Chip 20 und die ASIC 26 angeordnet sind. Das Wärmeübertragungspad 14 hat im Wesentlichen dieselbe Dicke wie ein Abschnitt außer dem Wärmeübertragungspad 14 im Gehäuseboden.
Ein Bestandsmaterial jeder Seitenwand des Gehäuses 12 ist für gewöhnlich aus einem Isolationsmaterial (wie etwa Harz) mit schlechter Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Auch ist ein Bestandsmaterial des Abschnitts, außer dem Wärmeübertragungspad 14, im Gehäuseboden für gewöhnlich aus einem Isolationsmaterial mit schlechter Wärmeleitfähigkeit hergestellt. Alternativ kann ein Bestandsmaterial des Abschnitts, außer dem Wärmeübertragungspad 14, im Gehäuseboden aus einem leitfähigen Material mit guter Wärmeleitfähigkeit oder einem Isolationsmaterial mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sein.
Wenn Bestandsmaterialien von Abschnitten, außer dem Wärmeübertragungspad 14 des Gehäuses 12 (Abschnitte außer jeder Seitenwand des Gehäuses 12 und dem Abschnitt außer dem Wärmeübertragungspad 14 im Gehäuseboden) aus demselben Harz hergestellt sind, kann die Baugruppe 11 leicht durch ein Spritzgießen erzeugt werden, in dem eine metallische Platte für den Leitungsdraht 13 (was als Stanzgitter bezeichnet wird) und eine metallische Platte für das Wärmeübertragungspad 14 verwendet werden. Dementsprechend sind die Bestandsmaterialien der Abschnitte außer dem Wärmeübertragungspad 14 des Gehäuses 12 bevorzugt aus Harz hergestellt.
Mehrere Eingabe- und Ausgabeelektroden sind in einer Oberseite der ASIC 26 (1) bereitgestellt. Ein Temperatursensor ist in die ASIC 26 eingearbeitet, um die Temperatur Tr zu messen, die als Temperatur bei einem vorbestimmten Abschnitt des MEMS-Chips 20 verwendet wird. Die ASIC 26 hat auch eine Funktion zum Verstärken der Ausgabe (das Signal, das die Temperatur Tr angibt) des Temperatursensors und Ausgaben (die Signale, die die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT' angeben) des MEMS-Chips 20 und eine Funktion zum Digitalisieren jeder verstärkten Ausgabe. Zum Beispiel kann ein integrierter Schaltkreis, der eine PTAT(”proportional to absolute temperature”)-Spannungsquelle (das heißt, eine Spannungsquelle, die als ein Thermometer agiert) enthält, die eine Spannung proportional zu einer absoluten Temperatur ausgibt, als die ASIC 26 verwendet werden, wobei eine Komponente der PTAT-Spannungsquelle als ein Temperatursensor agiert.
Der MEMS-Chip 20, der im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 verwendet wird, ist ein kleinformatiges Gerät, das unter Verwendung einer mikroelektromechanischen System-(MEMS)Technologie erzeugt ist und die folgenden drei Bedingungen erfüllt.
Bedingung 1: Der MEMS-Chip 20 enthält zumindest eine erste Thermosäule, um den Temperaturunterschied ΔT zu messen. In der ersten Thermosäule sind mehrere Thermoelemente mit im Wesentlichen derselben Form in Serie verbunden, während sie in einer Richtung rechtwinklig zu einer Längsrichtung jedes Thermoelements parallel zueinander geordnet sind.
Bedingung 2: Der MEMS-Chip 20 enthält zumindest eine zweite Thermosäule, um den Temperaturunterschied ΔT' zu messen. In der zweiten Thermosäule sind mehrere Thermoelemente mit im Wesentlichen derselben Form in Serie verbunden, während sie in der Richtung rechtwinklig zur Längsrichtung jedes Thermoelements parallel zueinander geordnet sind.
Bedingung 3: Jede Thermosäule (erste und zweite Thermosäule), die die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT' misst, ist hin zur selben Richtung ausgerichtet, wenn ein Referenzende jedes Thermoelements von einem Messende aus betrachtet wird.
Ein bestimmtes Beispiel (MEMS-Chips 20a und 20b) des MEMS-Chips 20, das die Bedingungen 1 bis 3 erfüllt, wird in der Folge mit Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben. 3A ist eine Draufsicht des MEMS-Chips 20a und 3B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie III-III in 3A des MEMS-Chips 20a genommen ist. 4A ist eine Draufsicht des MEMS-Chips 20b und 4B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie IV-IV in 4A des MEMS-Chips 20b genommen ist. In der folgenden Beschreibung der MEMS-Chips 20a, 20b, bezeichnen der rechte und der linke den rechten und linken in den 3A, 3B, 4A und 4B.
Wie in den 3B und 4B veranschaulicht, enthält jeder der MEMS-Chips 20a und 20b eine Deckfläche 21 und eine Unterlage 22.
Die Deckfläche 21 ist auf einem Siliziumsubstrat unter Verwendung einiger Halbleiterprozesse (wie etwa Filmbildung, Resiststrukturbildung und Ätzen) gebildet. Die Unterlage 22 wird durch Ätzen des Siliziumsubstrats gebildet, auf dem die Deckfläche 21 von einer Rückseite gebildet wird. Wie in den 3B und 4B veranschaulicht, enthält die Unterlage 22 mehrere Hohlräume, die zur Deckfläche 21 führen. Nachfolgend ist ein Abschnitt der Deckfläche 21, der auf jedem Hohlraum der Unterlage 22 positioniert ist, als eine Membran bezeichnet. Ein Abschnitt (in der Deckfläche 21 ein Abschnitt der Unterlage 22, der unter dem Abschnitt gelegen ist, der ein Temperaturmessungsziel mit einer Thermosäule 24 wird) in einem Rahmen 25, der durch eine abwechselnd lang und kurz strichlierte Linie angezeigt ist, der Unterlage 22 ist als ein Schenkel 23 bezeichnet.
Wie in den 3A und 3B veranschaulicht, sind Thermosäulen 24b und 24d in der Deckfläche 21 des MEMS-Chips 20a bereitgestellt. Jede der Thermosäulen 24b und 24d hat die Konfiguration, in der mehrere Thermoelemente mit im Wesentlichen derselben Form in Serie verbunden sind, während sie bei im Wesentlichen gleichen Intervallen parallel zueinander in einer Richtung rechtwinklig zu einer Längsrichtung jedes Thermoelements angeordnet sind. Die Thermosäulen 24b und 24d sind in der Deckfläche 21 gebildet, sodass Temperaturunterschiedsmessungsrichtungen (die Längsrichtung jedes Thermoelements) der Thermosäulen 24b und 24d identisch werden.
Das Messende und das Referenzende jedes Thermoelements, das die Thermosäule 24b bildet, sind auf dem Schenkel 23 in der Mitte einer horizontalen Richtung des MEMS-Chips 20a beziehungsweise des Hohlraums (in der Membran links vom MEMS-Chip 20a) links vom MEMS-Chip 20a angeordnet. Das Messende und das Referenzende jedes Thermoelements, das die Thermosäule 24d bildet, sind auf dem Schenkel 23 rechts vom MEMS-Chip 20a beziehungsweise dem Hohlraum rechts vom MEMS-Chip 20a angeordnet.
Das heißt, die Thermosäulen 24b und 24d des MEMS-Chips 20a sind hin zur selben Richtung ausgerichtet, wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird. Dementsprechend erfüllt der MEMS-Chip 20a die Bedingung 3.
Wie in 3B veranschaulicht, ist eine Breite in der horizontalen Richtung des Schenkels 23 rechts vom MEMS-Chip 20a größer als die des mittleren Schenkels 23. Das Messende der Thermosäule 24b ist in einem Abschnitt auf dem mittleren Schenkel 23 in der Deckfläche 21 angeordnet und das Messende der Thermosäule 24d ist in einem Abschnitt auf dem rechten Schenkel 23 in der Deckfläche 21 angeordnet. Deshalb können der Temperaturunterschied, der mit der Thermosäule 24b gemessen wird, und der Temperaturunterschied, der mit der Thermosäule 24d gemessen wird, als ΔT und ΔT' verwendet werden. Das heißt, der MEMS-Chip 20a erfüllt die Bedingungen 1 und 2.
Dementsprechend kann der MEMS-Chip 20a als der MEMS-Chip 20 verwendet werden.
Wie durch den Vergleich der Figuren 4A und 3A ersichtlich ist, sind im MEMS-Chip 20b Thermosäulen 24a und 24c dem MEMS-Chip 20a hinzugefügt. Ein Abschnitt, in dem die Thermosäule 24a des MEMS-Chips 20b bereitgestellt ist, hat eine Konfiguration, in der ein Abschnitt, in dem die Thermosäule 24d bereitgestellt ist, in Bezug zu einer Mittelfläche in der horizontalen Richtung des MEMS-Chips 20b umgekehrt ist. Ein Abschnitt in dem die Thermosäule 24c des MEMS-Chips 20b bereitgestellt ist, hat eine Konfiguration, in der ein Abschnitt, in dem die Thermosäule 24b bereitgestellt ist, in Bezug auf die Mittelfläche in der horizontalen Richtung des MEMS-Chips 20b umgekehrt ist.
Dementsprechend kann der MEMS-Chip 20b als der MEMS-Chip 20 verwendet werden, in dem eine der Thermosäulen 24a und 24c die erste Thermosäule ist, während die andere die zweite Thermosäule ist, und der MEMS-Chip 20b kann auch als der MEMS-Chip 20 verwendet werden, in dem eine der Thermosäulen 24b und 24d die erste Thermosäule ist, während die andere die zweite Thermosäule ist.
Jeder der MEMS-Chips 20a und 20b enthält eine erste Thermosäule (die Thermosäule, die den Temperaturunterschied ΔT misst) und eine zweite Thermosäule (die Thermosäule, die den Temperaturunterschied ΔT' misst). Alternativ, wie in den Bedingungen 1 bis 3 definiert, könnte der MEMS-Chip 20 mehrere erste und zweite Thermosäulen enthalten, die die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT' messen. Die mehreren ersten (zweiten) Thermosäulen, die die Temperaturunterschiede ΔT (ΔT') messen, können in Serie oder parallel zueinander im MEMS-Chip 20 verbunden sein oder im MEMS-Chip 20 nicht verbunden sein.
Wie die MEMS-Chips 20a und 20b, wird der MEMS-Chip 20, der die Bedingungen 1 bis 3 erfüllt, als das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 verwendet. In der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 ist das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 konfiguriert (der MEMS-Chip 20, die ASIC 26, und der Leitungsdraht 13 des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 sind miteinander verbunden), sodass die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT', die mit zumindest einer ersten Thermosäule und zumindest einer zweiten Thermosäule des MEMS-Chips 20 gemessen werden, verwendet werden, um die Innentemperatur Tb zu berechnen, wobei die ersten und zweiten Thermosäulen hin zu derselben Richtung ausgerichtet sind, wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird.
Wie oben beschrieben, hat die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 der Ausführungsform die Konfiguration, in der die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT', die mit mehreren Thermosäulen des MEMS-Chips 20 gemessen werden, der die Bedingungen 1 bis 3 erfüllt, verwendet werden, um die Innentemperatur Tb zu berechnen, wobei die mehreren Thermosäulen hin zu derselben Richtung ausgerichtet sind, wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird. Dementsprechend agiert die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 als die Vorrichtung, die die Innentemperatur Tb richtig berechnen (schätzen) kann, selbst wenn der Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im MEMS-Chip 20 fließt.
Der Grund, warum die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 mit der obigen Konfiguration als die Vorrichtung agiert, die die Innentemperatur Tb richtig berechnen (schätzen) kann, selbst wenn der Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im MEMS-Chip 20 fließt, wird in der Folge beschrieben. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Oberseite, der Boden, rechts und links die Oberseite, den Boden, rechts und links in 4B.
In der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 ist berücksichtigt, dass die Temperaturunterschiede ΔT' and ΔT mit den Thermosäulen 24a beziehungsweise 24c des MEMS-Chips 20b (4A und 4B) gemessen werden. In einer Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur (nachfolgend als eine Vergleichsvorrichtung bezeichnet) ist berücksichtigt, dass die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT' mit den Thermosäulen 24c und 24d des MEMS-Chips 20b gemessen werden. Es wird angenommen, dass sich die Vergleichsvorrichtung von der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 nur in der Verbindung zwischen dem MEMS-Chip 20b und der ASIC 26 unterscheidet.
In den mehreren Thermosäulen 24 des MEMS-Chips 20b sind die mehreren Thermoelemente vertikal geordnet, um fähig zu sein, den horizontalen Temperaturunterschied zu messen. Dementsprechend spricht die Ausgabe jeder Thermosäule 24 des MEMS-Chips 20b auf einen Temperaturgradienten in der horizontalen Richtung des MEMS-Chips 20b an.
Die Thermosäulen 24b und 24d des MEMS-Chips 20b sind nach links hin ausgerichtet, wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird, und die Thermosäulen 24a und 24c sind nach rechts hin ausgerichtet, wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird. Falls ein Temperaturgradient, in dem ein linkes Seitenende eine höhere Temperaturseite wird, durch den Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, in den MEMS-Chips 20b der Vergleichsvorrichtung und der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 erzeugt wird, nehmen daher die Temperaturunterschiede, die mit den Thermosäulen 24a und 24c gemessen werden, zu und die Temperaturunterschiede, die mit den Thermosäulen 24b und 24d gemessen sind, nehmen ab.
Falls der Temperaturgradient erzeugt wird, wird daher die Innentemperatur Tb aus dem Temperaturunterschied ΔT, der kleiner als ein ursprünglicher Temperaturunterschied ist, dem Temperaturunterschied ΔT', der kleiner als der ursprüngliche Temperaturunterschied ist, und der Temperatur Tr in der Vergleichsvorrichtung, in der die Temperaturunterschiede, die mit den Thermosäulen 24c und 24d gemessen werden, als die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT' verwendet werden, berechnet. Andererseits wird die Innentemperatur Tb aus dem Temperaturunterschied ΔT, der kleiner als der ursprüngliche Temperaturunterschied ist, dem Temperaturunterschied ΔT', der kleiner als der ursprüngliche Temperaturunterschied ist, und der Temperatur Tr in der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1, in der die Temperaturunterschiede, die mit den Thermosäulen 24a und 24c gemessen werden, als die Temperaturunterschiede ΔT' und ΔT verwendet werden, berechnet. Wie hierin verwendet, bezeichnet der ursprüngliche Temperaturunterschied den Temperaturunterschied, der mit der Thermosäule 24 gemessen werden sollte, falls der Temperaturgradient nicht aufgrund des Wärmestromes von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im MEMS-Chip 20b erzeugt wird.
Ein Wert (ΔT' – ΔT) wird während der Berechnung der Innentemperatur Tb unter Verwendung der Innentemperaturberechnungsgleichung erhalten und der Fall, dass der Temperaturunterschied ΔT größer als der ursprüngliche Temperaturunterschied und der Temperaturunterschied ΔT' kleiner als der ursprüngliche Temperaturunterschied in einem Rechnungsergebnis des Werts (ΔT' – ΔT) verwendet werden, unterscheidet sich stark vom Fall, dass der Temperaturunterschied ΔT kleiner als der ursprüngliche Temperaturunterschied und der Temperaturunterschied ΔT' kleiner als der ursprüngliche Temperaturunterschied in einem Rechnungsergebnis des Werts (ΔT' – ΔT) verwendet werden.
Genauer wird zum Beispiel angenommen, dass α (> 0) eines von einer Zunahme, verursacht durch den Einfluss des Wärmestromes von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im Messungsergebnis ΔT des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24c, einer Abnahme, verursacht durch den Einfluss des Wärmestromes von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im Messungsergebnis ΔT' des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24d, und einer Zunahme, verursacht durch den Einfluss des Wärmestromes von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im Messungsergebnis ΔT' des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24a ist. In dem Fall ist der Wert (ΔT' – ΔT), der aus dem Messungsergebnis ΔT des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24c und dem Messungsergebnis ΔT' des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24d berechnet wird, um 2α kleiner als ein ursprünglicher Wert. Andererseits ist der Wert (ΔT' – ΔT), der aus dem Messungsergebnis ΔT des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24c und dem Messungsergebnis ΔT' des Temperaturunterschieds mit der Thermosäule 24a berechnet wird, gleich dem ursprünglichen Wert, weil α durch die Subtraktion gestrichen wird.
Wie aus der Innentemperaturberechnungsgleichung klar hervorgeht, wird die Innentemperatur Tb nicht nur durch den Wert (ΔT' – ΔT) entschieden, spricht aber stark auf den Wert (ΔT' – ΔT) an. Die starke Abweichung des Werts (ΔT' – ΔT) vom ursprünglichen Wert, die durch den Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, verursacht wird, kann wie oben beschrieben verhindert werden, wenn die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT', die mit den Thermosäulen gemessen werden, die hin zur selben Richtung ausgerichtet sind wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird, im MEMS-Chip 20, der die Bedingungen 1 bis 3 erfüllt, verwendet werden, um die Innentemperatur Tb zu berechnen. Deshalb agiert die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 der Ausführungsform als die Vorrichtung, die die Innentemperatur Tb richtig berechnen (schätzen) kann, selbst wenn der Wärmestrom von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, im MEMS-Chip 20 fließt.
Der Effekt der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 der Ausführungsform ist qualitativ oben beschrieben und der Effekt wurde auch durch ein Experiment bestätigt.
Genauer wurde das folgende Experiment an der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 und einer Vergleichsvorrichtung 1' ausgeführt, wobei in jeder der MEMS-Chip 20b mit derselben Konfiguration wie der MEMS-Chip 20b, der in der Beschreibung verwendet wird, in der Baugruppe 11 mit einer bestimmten Lage der 5A und 5B angeordnet ist.
Die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 und die Vergleichsvorrichtung 1' wurden auf einer temperatursteuerbaren Stufe angeordnet, auf der ein Silikongummi platziert wurde, und ein 1-kΩ Zementwiderstand 40 wurde an einer Position in 5B angeordnet. Der Zementwiderstand 40 wurde durch Anlegen von Spannungen (0 V, 2 V, 4 V) erwärmt und ein geschätzter Fehler (ein Unterschied in einem Berechnungsergebnis zwischen der Temperatur bei der Stufe und der Innentemperatur Tb) der Innentemperatur Tb wurde gemessen. Ein Deckel 15 in 5B verschließt eine Deckfläche (eine Oberseitenöffnung) des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10, um Licht davon abzuhalten, von oben auf das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 einzufallen, oder eine obere Lufttemperatur davon abzuhalten, durch einen Luftstrom und dergleichen geändert zu werden.
6 veranschaulicht ein Ergebnis des Experiments. Wie in 6 veranschaulicht, nimmt in der Vergleichsvorrichtung 1', die die Innentemperatur Tb aus den Ausgaben der Thermosäulen 24c und 24d berechnet, der geschätzte Fehler zu, wenn die Temperatur am rechten Seitenende der Platine 30 zunimmt. Andererseits ist in der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1, die die Innentemperatur Tb aus Ausgaben der Thermosäulen 24a und 24c berechnet, der geschätzte Fehler kleiner, ungeachtet der Temperatur am rechten Seitenende der Platine 30.
Die obige Konfiguration kann verhindern, dass der geschätzte Fehler der Innentemperatur Tb während des Flusses des Wärmestroms im MEMS-Chip 20 (20b und dergleichen) von der Wärmequelle, außer dem Messobjekt, zunimmt.
Modifikationen
Verschiedene Modifikationen können an der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 vorgenommen werden. Zum Beispiel hat die Konfiguration ”die Temperaturunterschiede ΔT und ΔT', die mit dem Satz von Thermosäulen gemessen werden, der hin zur selben Richtung ausgerichtet ist, wenn das Referenzende jedes Thermoelements vom Messende aus betrachtet wird, werden verwendet, um die Innentemperatur Tb im MEMS-Chip 20 zu berechnen, der die Bedingungen 1 bis 3 erfüllt”, die in der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 verwendet wird, den Effekt ungeachtet des Bauteils auf dem der MEMS-Chip 20 angeordnet ist. Dementsprechend kann die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 zu einer Vorrichtung modifiziert werden, in der der MEMS-Chip 20 auf der Leiterplatte 31 angeordnet ist.
Im Gehäuseboden ist der Grund, warum das Wärmeübertragungspad 14, das die hohe Wärmeleitfähigkeit hat, als der Abschnitt verwendet wird, wo der MEMS-Chip 20 und die ASIC 26 angeordnet sind, der, dass der geschätzte Fehler der Innentemperatur Tb im Prinzip mit einer zunehmenden Wärmeleitfähigkeit in einer Dickenrichtung des Gehäusebodens abnimmt. Jedoch nimmt der geschätzte Fehler, abhängig von der Form des MEMS-Chips 20, manchmal aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit in einer Querrichtung (eine Richtung rechtwinklig zur Dickenrichtung) des Wärmeübertragungspads 14 zu. Dementsprechend kann der Gehäuseboden unter Verwendung eines Materials mit relativ schlechter Wärmeleitfähigkeit gebildet sein, ohne das Wärmeübertragungspad 14 im Gehäuseboden bereitzustellen.
Um die Zunahme des geschätzten Fehlers, die durch die Wärmeleitung in der Querrichtung des Gehäusebodens verursacht wird, zu verhindern, kann der Gehäuseboden mehrere Wärmeübertragungspads 14 enthalten, die unter Verwendung eines Materials mit schlechter Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind. Der Gehäuseboden, der die mehreren Wärmeübertragungspads 14 enthält, die unter Verwendung des Materials mit der schlechten Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind, wird in der Folge unter Bezugnahme auf die 7A, 7B, 8A und 8B genauer beschrieben. 7A ist ein erklärendes Diagramm (eine Draufsicht, in der die Seitenwand der Baugruppe 11 im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 nicht veranschaulicht ist), das den Gehäuseboden veranschaulicht, der mehrere Wärmeübertragungspads 14 enthält, die unter Verwendung eines Bauteils 19 mit schlechter Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind. 7B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie VII-VII in 7A des Gehäusebodens genommen ist. 8A ist ein erklärendes Diagramm, das einen anderen Gehäuseboden veranschaulicht, der die mehreren Wärmeübertragungspads 14 enthält, die unter Verwendung des Bauteils 19 mit schlechter Wärmeleitfähigkeit voneinander getrennt sind, und 8B ist eine Schnittansicht, die auf der Linie VIII-VIII in 8A des Gehäusebodens genommen ist.
Im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 ist es grundsätzlich wünschenswert, dass die Temperatur an einer unteren Oberfläche eines Schenkels 23 des MEMS-Chips 20 nicht auf eine Temperatur an einer unteren Oberfläche eines anderen Schenkels 23 anspricht (die Temperatur an der unteren Oberfläche jedes Schenkels 23 hängt nur von einer Wärmemenge, die vom Messobjekt fließt, und der Lufttemperatur über dem MEMS-Chip 20 ab). Wie in den 7A und 7B veranschaulicht, kann daher das Wärmeübertragungspad 14, das thermisch unter Verwendung des Bauteils 19 mit der schlechten Wärmeleitfähigkeit von einem anderen Wärmeübertragungspad 14 getrennt ist, unter jedem Schenkel 23 des MEMS-Chips 20 vorhanden sein. Der Grund, warum sich das Wärmeübertragungspad 14 auf dem Schenkel 23 des MEMS-Chips 20 in 7A und 7B zum Abschnitt unter der ASIC 26 erstreckt, ist, dass die Temperatur Tr, die mit dem Temperatursensor der ASIC 26 gemessen wird, als die Temperatur an dem bestimmten Abschnitt des MEMS-Chips 20 verwendet werden kann.
Jedoch können die Temperaturen an den unteren Oberflächen der einigen Schenkel 23 abhängig von der Konfiguration (der Position der Thermosäule 24 im MEMS-Chip 20) des MEMS-Chips 20 identisch sein (oder können bevorzugt identisch sein). Wie in 8A und 8B veranschaulicht, können daher einige (in 8A und 8B eines) der mehreren Wärmeübertragungspads 14, die im Gehäuseboden bereitgestellt sind, unter den mehreren Deckeln 23 gelegen sein.
5A veranschaulicht das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10, in dem der MEMS-Chip 20 in der Baugruppe 11 angeordnet ist, sodass die Richtung zur Messung des Temperaturunterschieds (die Längsrichtung jedes Thermoelements der Thermosäule 24) des MEMS-Chips 20 rechtwinklig zur Oberfläche jeder Seitenwand ist, auf der der Leitungsdraht 13 der Baugruppe 11 bereitgestellt ist. Jedoch gibt es keine genaue Begrenzung für die Position und Lage des MEMS-Chips 20 in der Baugruppe 11. Zum Beispiel, wie in 9 veranschaulicht, kann der MEMS-Chip 20 in der Baugruppe 11 angeordnet sein, sodass die Richtung zur Messung des Temperaturunterschieds (die Längsrichtung jedes Thermoelements der Thermosäule 24) des MEMS-Chips 20 parallel zu der Oberfläche jeder Seitenwand ist, auf der der Leitungsdraht 13 der Baugruppe 11 bereitgestellt ist. Alternativ kann der MEMS-Chip 20 schräg in der Baugruppe 11 angeordnet sein.
Im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 ist eine Empfindlichkeit mit abnehmender Lufttemperatur über dem Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 erhöht. Dementsprechend kann ein Bauteil, das infrarotes Licht absorbiert, auf der Bodenfläche des Deckels 15 bereitgestellt sein, falls die Öffnung (Deckfläche) des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 mit dem Deckel 15 abgedeckt ist. Ein Bauteil mit einer Form mit guter Wärmeableitung, zum Beispiel ein Bauteil, das eine Strahlungslamelle enthält, oder ein Bauteil mit einer Fläche, die um ein Vielfaches größer ist als die Größe einer Fläche der Öffnung des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10, kann als der Deckel 15 des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 verwendet werden.
Ein Abschnitt, außer der Bodenfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10, kann von einem Gehäuse umgeben sein, ohne den Deckel 15 bereitzustellen. Im Gehäuse ist das Bauteil, das das infrarote Licht absorbiert, ähnlich im Abschnitt über der Öffnung des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 bereitgestellt, was eine Verbesserung der Empfindlichkeit der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur erlaubt.
Eine Innenfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 (die Baugruppe 11 und das Gehäuse 12) kann mit einem schwarzen Material, wie etwa einer schwarzen Farbe und einem schwarzen Harz, beschichtet sein, damit das Licht, das von oben einfällt, davon abgehalten wird, durch die Innenfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 reflektiert zu werden und auf den MEMS-Chip 20 einzufallen, oder damit die Lufttemperatur im Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 stabilisiert wird.
Falls die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 verwendet wird, um die Kernkörpertemperatur des menschlichen Körpers zu messen, können ein Isolationsfilm mit Biokompatibilität und ein Harzbauteil an die Bodenfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 befestigt sein. Um einen thermischen Kontakt mit dem Messobjekt zu verbessern, kann das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 so ausgebildet sein, dass die Bodenfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 zu einer gekrümmten Form gebildet ist, in der ein Mittelabschnitt nach unten konvex ist, oder sodass mehrere konvex gekrümmte Strukturen in der Bodenfläche des Moduls zur Messung eines Temperaturunterschieds 10 vorhanden sind.
Die Baugruppe 11 (das Gehäuse 12) der Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 kann zu einer anderen Form (wie etwa einer rechteckigen Röhrenform mit Boden, außer der quadratischen Röhrenform mit Boden, einer zylindrischen Form mit Boden und einer elliptischen Röhrenform mit Boden) gebildet sein. Die obige Technologie ist in jedem Bauteil anwendbar, in dem der MEMS-Chip 20 angeordnet ist. Daher kann die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur 1 zu einer Vorrichtung modifiziert werden (wie etwa einer Vorrichtung, in der der MEMS-Chip 20 auf der Leiterplatte 31 angeordnet ist), in der die Baugruppe 11 nicht verwendet wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur
10: Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds
11: Baugruppe
12: Gehäuse
12a, 12b: Seitenwand
13: Leitungsdraht
14: Wärmeübertragungspad
15: Deckel
20: MEMS-Chip
21: Deckfläche
22: Unterlage
23: Schenkel
24, 24a, 24b, 24c: Thermosäule
26: ASIC
30: Platine
31: Leiterplatte
32: Gerät
32a: Rechenschaltung

Claims

Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur, die eine Innentemperatur eines Messobjekts misst, wobei die Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur umfasst: eine Basis, wobei eine von Oberflächen der Basis während einer Berechnung der Innentemperatur des Messobjekts mit einer Oberfläche des Messobjekts in Kontakt gebracht wird; und ein MEMS-Gerät, das auf der anderen Oberfläche der Basis zu einem ersten Temperaturunterschied und einem zweiten Temperaturunterschied angeordnet ist, wobei der erste Temperaturunterschied und der zweite Temperaturunterschied verwendet werden, um die Innentemperatur des Messobjekts zu berechnen, das MEMS-Gerät eine Deckfläche und eine Unterlage umfasst, die Deckfläche eine erste Thermosäule, die konfiguriert ist, den ersten Temperaturunterschied zu messen, und eine zweite Thermosäule, die konfiguriert ist, den zweiten Temperaturunterschied zu messen, umfasst, die Unterlage die Deckfläche stützt, zumindest ein Hohlraum, der zur Deckfläche führt, in der Unterlage bereitgestellt ist, eine Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die erste Thermosäule bildet, von einem Messungsende betrachtet wird, mit einer Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die zweite Thermosäule bildet, von einem Messungsende aus betrachtet wird, übereinstimmt.
Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur nach Anspruch, ferner umfassend: eine Platine, die eine Rechenschaltung umfasst, die konfiguriert ist, die Innentemperatur unter Verwendung des ersten und zweiten Temperaturunterschieds, die mit dem MEMS-Gerät gemessen werden, zu berechnen; und eine Baugruppe mit einer Röhrenform mit Boden, umfassend mehrere Leitungsdrähte, wobei die Baugruppe in ein Durchgangsloch, das in der Platine hergestellt ist, eingefügt ist, und die Basis ein Boden der Baugruppe ist.
Vorrichtung zur Messung einer Innentemperatur nach Anspruch 2, wobei der Boden der Baugruppe zwei Einheiten hoher Wärmeleitfähigkeit umfasst, die aus einem ersten Material mit guter Wärmeleitfähigkeit hergestellt sind, wobei die zwei Einheiten hoher Wärmeleitfähigkeit unter Verwendung eines Materials mit einer Wärmeleitfähigkeit niedriger als die des ersten Materials, voneinander getrennt sind, das Messende jedes Thermoelements der ersten Thermosäule über einer der zwei Einheiten hoher Wärmeleitfähigkeit gelegen ist und das Messende jedes Thermoelements der zweiten Thermosäule über der anderen Einheit hoher Wärmeleitfähigkeit gelegen ist.
Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds, das einen ersten Temperaturunterschied und einen zweiten Temperaturunterschied misst, wobei der erste Temperaturunterschied und der zweite Temperaturunterschied verwendet werden, um eine Innentemperatur eines Messobjekts zu berechnen, das Modul zur Messung eines Temperaturunterschieds umfassend: eine Baugruppe mit einer Röhrenform mit Boden, umfassend mehrere Leitungsdrähte; und ein MEMS-Gerät, das auf einer Innenbodenfläche der Baugruppe angeordnet ist, wobei das MEMS-Gerät eine Deckfläche und eine Unterlage umfasst, die Deckfläche eine erste Thermosäule, die konfiguriert ist, den ersten Temperaturunterschied zu messen, und eine zweite Thermosäule, die konfiguriert ist, den zweiten Temperaturunterschied zu messen, umfasst, die Unterlage die Deckfläche stützt, mehrere Hohlräume, die zur Deckfläche führen, in der Unterlage bereitgestellt sind, eine Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die erste Thermosäule bildet, von einem Messungsende betrachtet wird, mit einer Ausrichtung, in der ein Referenzende jedes Thermoelements, das die zweite Thermosäule bildet, von einem Messungsende aus betrachtet wird, übereinstimmt.