JP2006284301A

JP2006284301A - 温度検出装置

Info

Publication number: JP2006284301A
Application number: JP2005102917A
Authority: JP
Inventors: Takaharu Shirata; 敬治白田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】温度検出装置において、コストの増大を抑制しながらも、検出温度の高精度化を図ること。
【解決手段】４辺それぞれに設けられた抵抗部のうち２以上が同一温度環境に設置される温度検出用サーミスタであるブリッジ回路部１２と、ブリッジ回路部１２からの差分電圧を検出する電圧比較器３と、を備え、２以上の温度検出用サーミスタのうち、少なくとも１つが負の温度係数を有する負特性サーミスタ１０であると共に、少なくとも１つが正の温度係数を有する正特性サーミスタ１１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、エアコンディショナーのエバポレータ用フィンの温度検出等に用いられる温度検出装置に関する。

エアコンディショナーのエバポレータ用フィンや電機自動車のバッテリー等の温度検出用として、サーミスタを用いた温度検出装置が用いられている。
従来、この温度検出装置としては、例えば特許文献１に、温度検出用サーミスタを有する抵抗ブリッジ回路からの差分電圧を、差動増幅器に入力すると共に、温度検出用サーミスタの抵抗値変化に応じて変化した電圧値として出力するものが記載されている。
また、特許文献２では、車両用空気調和装置のサーモスイッチ回路として、温度センサを有するブリッジ回路からの信号と設定レベルとの比較を行い、コンプレッサを制御する技術が開示されている。

このような温度検出装置は、図７に示すように、温度検出用サーミスタ１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ３を含む抵抗ブリッジ回路２を有し、この抵抗ブリッジ回路２からの差分電圧を検出する電圧比較器３を備えている。なお、符号Ｑは、出力制御用トランジスタである。

特開平８−２９３３３０号公報（特許請求の範囲、図１）特開昭５７−１９８１１７号公報（第２頁左下欄及び右下欄、第１図）

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記従来の温度検出装置では、抵抗ブリッジ回路２を構成する温度検出用サーミスタ１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ３の精度によって検出温度の精度が決定されるが、高精度な検出を行うためには、温度検出用サーミスタ１及び抵抗Ｒ１〜Ｒ３の精度を高める必要がある。すなわち、温度検出用サーミスタ１には、特性バラツキがあるため、選別を行う必要があり、歩留まり低下やコストアップの原因となっていると共に、抵抗Ｒ１〜Ｒ３についても高精度な特性が要求されるため、同様にコストの増大を招いてしまう不都合があった。特に、温度検出用サーミスタ１は、温度係数（温度に対する抵抗値変化）が小さく、その抵抗値及び温度係数の特性バラツキが、温度検出の高精度化を困難にしていた。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、コストの増大を抑制しながらも、検出温度の高精度化を図ることができる温度検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度検出装置は、４辺それぞれに設けられた抵抗部のうち２以上が同一温度環境に設置される温度検出用サーミスタであるブリッジ回路部と、前記ブリッジ回路部からの差分電圧を検出する電圧比較器と、を備え、前記２以上の温度検出用サーミスタのうち、少なくとも１つが負の温度係数を有する負特性サーミスタであると共に、少なくとも１つが正の温度係数を有する正特性サーミスタであることを特徴とする。

この温度検出装置では、ブリッジ回路部の少なくとも一部を構成する２以上の温度検出用サーミスタのうち、少なくとも１つが負の温度係数を有する負特性サーミスタであると共に、少なくとも１つが正の温度係数を有する正特性サーミスタであるので、互いに温度係数が大きく異なる負特性サーミスタと正特性サーミスタとが差動動作を行うことにより、電圧比較器が検出する電圧値変化が従来より大きくなり、温度検出の精度が向上する。

また、本発明の温度検出装置は、前記ブリッジ回路部の直列接続された二辺の前記抵抗部が、互いに異なる符号の温度係数を有する前記温度検出用サーミスタであることを特徴とする。すなわち、この温度検出装置では、直列接続の温度検出用サーミスタが互いに異なる符号の温度係数を有しているので、電圧比較器に検出される電圧値の変化は従来のほぼ２倍となり、より高い温度検出精度を得ることができる。

また、本発明の温度検出装置は、前記ブリッジ回路部の対辺関係にある二辺の前記抵抗部が、互いに同じ符号の温度係数を有する前記温度検出用サーミスタであることを特徴とする。すなわち、この温度検出装置では、対辺関係の温度検出用サーミスタが互いに異なる符号の温度係数を有しているので、電圧比較器に検出される電圧値の変化はさらに大きくなり、より高い温度検出精度を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度検出装置によれば、ブリッジ回路部の少なくとも一部を構成する２以上の温度検出用サーミスタのうち、少なくとも１つが負特性サーミスタであると共に、少なくとも１つが正特性サーミスタであるので、互いに温度係数が大きく異なる負特性サーミスタと正特性サーミスタとの差動動作で得られる電圧値変化が大きく、高い温度検出精度を得ることができる。したがって、サーミスタの選別作業を行ったり、高精度で高価な抵抗部を使用する必要が無くなり、コストアップを抑制しつつも、温度検出精度を向上させることができる。
特に、本発明の温度検出装置は、特定の温度領域で高い精度が容易に得られることから、温度がある定点となった際にオン／オフする定点式制御を行う電子サーモスタット装置として好適である。

以下、本発明に係る温度検出装置の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。

本実施形態の温度検出装置は、自動車に搭載されるエアコンディショナーのエバポレータ用フィンにサーミスタ部が取り付けられ、凍結防止のために一定の温度でオン／オフする定点式制御を行うための電子サーモスタット装置である。この電子サーモスタット装置は、図１に示すように、負特性サーミスタ（温度検出用サーミスタ）１０、正特性サーミスタ（温度検出用サーミスタ）１１、抵抗（抵抗部）Ｒ１及び抵抗（抵抗部）Ｒ２からなるブリッジ回路部１２と、ブリッジ回路部１２からの差分電圧を検出する電圧比較器３と、を備えている。

上記ブリッジ回路部１２は、４辺それぞれに設けられた抵抗部のうち直列接続される２辺の２つが同一温度環境に設置される負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１であり、他の２つが抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２である。上記負特性サーミスタ１０は、負の温度係数を有するサーミスタであり、上記正特性サーミスタ１１は、正の温度係数を有するサーミスタである。また、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、ブリッジ検出用抵抗であり、検出したい温度領域に対する負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１の抵抗値に応じた抵抗値に設定されている。

負特性サーミスタ１０は、いわゆるＮＴＣ型サーミスタであって、金属酸化物であるＭｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。また、正特性サーミスタ１１は、いわゆるＰＴＣ型サーミスタであって、ＢａＴｉＯ_３等のサーミスタ材料で形成されている。
上記電圧比較器３は、抵抗Ｒ６と共にヒステリシス・コンパレータを構成する電圧比較回路のＩＣであって、ブリッジ回路部１２からの差分電圧を温度信号として入力し、負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１の抵抗値変化に応じて所定電圧範囲で電圧値を出力するブリッジ電圧検出用アンプ／コンパレータである。

この電子サーモスタット装置は、図２に示すように、エバポレータ用フィンに取り付けられ負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１を収納する先端ケース部１３と、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び電圧比較器３等を内蔵する回路部１４と、先端ケース部１３と回路部１４とを接続する配線部１５と、で構成されている。上記先端ケース部１３は、熱容量が小さく設定されたものであり、負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１の温度差が発生し難い構造とされている。上記回路部１４は、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２及び電圧比較器３等を配線基板上に実装して樹脂パッケージ化したものである。上記配線部１５は、負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１と電圧比較器３、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２とを電気的に接続する第１〜第３配線１６ａ〜１６ｃを、樹脂被覆したものである。

この電子サーモスタット装置における温度検出回路系は、図１に示すように、ブリッジ回路部１２の４個の第１〜第４接点Ａ〜Ｄのうち、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との間の第３接点Ｃと電圧比較器３の入力端（−）とが、抵抗Ｒ４を介して接続されている。また、負特性サーミスタ１０と正特性サーミスタ１１との間の第１接点Ａと電圧比較器３の入力端（＋）とが、抵抗Ｒ５を介して接続されている。これらの抵抗Ｒ４及び抵抗Ｒ５は、電圧比較器３の入力保護抵抗である。また、第１接点Ａと抵抗５との間と、電圧比較器３の出力端とが、正帰還回路として抵抗Ｒ６を介して接続されている。

電圧比較器３の出力端には、抵抗Ｒ７を介して出力制御用トランジスタＱが接続されている。この出力制御用トランジスタＱは、負荷スイッチ用パワートランジスタである。
出力制御用トランジスタＱ、電圧比較器３及びブリッジ回路部１２の第４接点Ｄは、ＤＣ電源電圧の入力端子１７に接続されている。さらに、出力制御用トランジスタＱ、電圧比較器３及びブリッジ回路部１２の第２接点Ｂは、アース側端子１８に接続されている。また、出力制御用トランジスタＱには、出力端子１９が接続されている。なお、電圧制御の負荷の場合、出力制御用トランジスタＱは無くても構わない。

この電子サーミスタ装置の動作を、例えば作動温度として１．５℃でオフとなり、４．５℃でオンとなるように設定した場合で説明する。

（１）出力端子１９がオフになる場合（出力制御用トランジスタＱがオンからオフになり、電圧比較器３の出力がＨｉｇｈからＬｏｗになる場合）
温度が１．５℃より高い状態から１．５℃に達するまでは、電圧比較器３の出力は「Ｈｉｇｈ」レベルとなっている。すなわち、電圧比較器３の出力は、ほぼ電源電圧であり、第１接点Ａの電位は第３接点Ｃより高くなっている。なお、第１接点Ａは、電圧比較器３の出力端から抵抗Ｒ６を介して正帰還された電位となっている。そして、温度が１．５℃に達した時、第１接点Ａと第３接点Ｃとの電位が等しくなり、通過した瞬間に電圧比較器３の出力は反転する。

（２）出力端子１９がオンになる場合（出力制御用トランジスタＱがオフからオンになり、電圧比較器３の出力がＬｏｗからＨｉｇｈになる場合）
温度が１．５℃より低い状態から１．５℃に達するまでは、電圧比較器３の出力は「Ｌｏｗ」レベル（ほぼ０Ｖ）であり、第１接点Ａの電位は第３接点Ｃの電位より低くなっている。そして、温度が４．５℃に達した時、第１接点Ａの電位と第３接点Ｃの電位が等しくなり、通過した瞬間に電圧比較器３の出力は反転する。

このように本実施形態では、ブリッジ回路部１２の一部を構成する２つの温度検出用サーミスタが負特性サーミスタ１０及び正特性サーミスタ１１であるので、互いに温度係数が大きく異なる負特性サーミスタ１０と正特性サーミスタ１１とが差動動作を行うことにより、電圧比較器３が検出する電圧値変化が従来より大きくなり、温度検出の精度が向上する。さらに、負特性サーミスタ１０と正特性サーミスタ１１とが、ブリッジ回路部１２で直列接続された２辺に設けられているので、電圧比較器３に検出される電圧値の変化は従来のほぼ２倍となり、より高い温度検出精度を得ることができる。
特に、本実施形態の電子サーモスタット装置は、特定の温度領域で高い精度が容易に得られることから、温度がある定点となった際にオン／オフする定点式制御を行うものとして好適である。

次に、本発明に係る温度検出装置の第２実施形態を、図３を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、負特性サーミスタ１０と正特性サーミスタ１１とが、ブリッジ回路部１２で直列接続された２辺に設けられて残りの２辺に抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２が設けられているのに対し、第２実施形態では、図３に示すように、ブリッジ回路部２２において、抵抗Ｒ１の代わりに正特性サーミスタ１１を設けると共に、抵抗Ｒ２の代わりに負特性サーミスタ１０を設けている点である。

すなわち、第２実施形態では、ブリッジ回路部２２の対辺関係にある二辺の抵抗部に、それぞれ互いに同じ符号の温度係数を有する温度検出用サーミスタを設けている。したがって、電圧比較器３に検出される電圧値の変化はさらに大きくなり、より高い温度検出精度を得ることができる。なお、このように、ブリッジ回路部２２を構成する抵抗部全てを温度検出用サーミスタとし、直列接続の温度検出用サーミスタを互いに異なる符号の温度係数とすると共に、対辺関係の温度検出用サーミスタを互いに異なる符号の温度係数とすると、部材コストが多少増加するが、より高精度な温度検出が可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第１実施形態において、ノイズ除去用にコンデンサを回路中に設置しても構わない。すなわち、図４に示すように、負特性サーミスタ１０及び抵抗Ｒ２にそれぞれ並列にコンデンサＣ１、Ｃ２を接続することで、これらのノイズを除去することができ、より高精度な温度検出が可能になる。また、他の例として、図５に示すように、負特性サーミスタ１０及び抵抗Ｒ１にそれぞれ並列にコンデンサＣ３、Ｃ４を接続したり、図６に示すように、負特性サーミスタ１０及び抵抗Ｒ２にそれぞれ並列にコンデンサＣ３、Ｃ２を接続しても構わない。

本発明に係る第１実施形態の温度検出装置を示す回路図である。本発明に係る第１実施形態の温度検出装置を示す全体の平面図である。本発明に係る第２実施形態の温度検出装置を示す回路図である。本発明に係る第１実施形態の温度検出装置において、コンデンサを付加した場合を示す回路図である。コンデンサを付加した第１実施形態の他の例を示す回路図である。コンデンサを付加した第１実施形態の他の例を示す回路図である。本発明に係る従来例の温度検出装置を示す回路図である。

符号の説明

３…電圧比較器、１０…負特性サーミスタ（温度検出用サーミスタ）、１１…正特性サーミスタ（温度検出用サーミスタ）、１２、２２…ブリッジ回路部、Ｒ１、Ｒ２…抵抗（抵抗部）、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７…抵抗

Claims

４辺それぞれに設けられた抵抗部のうち２以上が同一温度環境に設置される温度検出用サーミスタであるブリッジ回路部と、
前記ブリッジ回路部からの差分電圧を検出する電圧比較器と、を備え、
前記２以上の温度検出用サーミスタのうち、少なくとも１つが負の温度係数を有する負特性サーミスタであると共に、少なくとも１つが正の温度係数を有する正特性サーミスタであることを特徴とする温度検出装置。
請求項１に記載の温度検出装置において、
前記ブリッジ回路部の直列接続された二辺の前記抵抗部が、互いに異なる符号の温度係数を有する前記温度検出用サーミスタであることを特徴とする温度検出装置。
請求項１又は２に記載の温度検出装置において、
前記ブリッジ回路部の対辺関係にある二辺の前記抵抗部が、互いに同じ符号の温度係数を有する前記温度検出用サーミスタであることを特徴とする温度検出装置。