JP2006284301A - 温度検出装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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。
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、BaTiO3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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 (3)
- 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。
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- 2005-03-31 JP JP2005102917A patent/JP2006284301A/ja active Pending
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Fauzi et al. | Integrated readout circuit using active bridge for resistive-based sensing |
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