JP2010197285A

JP2010197285A - 湿度センサ

Info

Publication number: JP2010197285A
Application number: JP2009043862A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Yamada; 雅通山田; Masahiro Matsumoto; 昌大松本; Hiroshi Nakano; 洋中野; Keiji Hanzawa; 恵二半沢
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-09
Anticipated expiration: 2029-02-26
Also published as: JP5079723B2

Abstract

【課題】内燃機関等の吸入空気の湿度計測が可能な、高応答で高精度の湿度センサを提供すること。
【解決手段】湿度センサ１は、基板２の空洞部５内に複数本の支持腕６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈを介して第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂを支持し、その第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂに第一および第二の発熱体３ａ、３ｂを形成する。そして、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂに対して加熱電力を供給して第一の発熱体３ａを第一の温度Ｔ１に制御しかつ第二の発熱体３ｂを第一の温度Ｔ１よりも高温である第二の温度Ｔ２に制御し、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂの加熱電力に基づいて周囲気体の湿度を演算する
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば内燃機関に吸入される空気の環境特性を計測する環境センサに係わり、特に吸入空気の水蒸気量を検出する湿度センサに関する。

最近の内燃機関では低燃費化を図るために、高度なエンジン制御が求められており、吸入空気量のみならず吸入空気の温度、圧力および湿度等の環境パラメータも高精度に計測することが求められている。これらの吸入空気量、温度、圧力および湿度等の計測信号は、燃焼行程に係わる重要なデータとなり、燃料噴射時間等の計算のために用いられる。

吸入空気の湿度を計測する湿度センサに関して、従来の湿度センサは感湿材の水分吸収による電気特性の変化を応用した電気抵抗式または静電容量式や、空気中の水蒸気の有無による空気の熱伝導変化を検出する熱伝導式等があるが、熱伝導式は水分の吸収が無いため長期安定性に優れている。このような熱伝導式を用いた湿度センサの先行技術文献としては、例えば以下の特許文献１、２、３が存在する。

特許第２８８９９０９号公報特許第３３４３８０１号公報特開２００４−２８６４９２号公報

特許文献１（特許第２８８９９０９号公報）の従来例では、雰囲気中において加熱される抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、抵抗変化が雰囲気温度のみに影響される低温度と抵抗変化が雰囲気の温度および湿度に感応する高温度にて、抵抗体両端に生ずる高温における電圧から低温における電圧を比較して湿度を検知する湿度センサが開示されている。

また、特許文献２（特許第３３４３８０１号公報）の従来例では、発熱体により感温抵抗体を加熱する加熱手段を有し、この加熱手段は発熱体に対して一定時間内に２つのパルス電圧を順番に印加することにより、感温抵抗体の温度を３００℃以上の第１の温度と１００℃〜１５０℃の第２の温度とに切り替え、それぞれの感温抵抗体の電圧降下に関連する出力電圧から湿度を検知する湿度センサが開示されている。

上記の特許文献１および２に開示された従来の湿度センサでは、同一の発熱体または感温抵抗体を低温度（第２の温度）と高温度（第１の温度）に時分割に加熱する構成となっている。

このように、時分割で同一の発熱体または感温抵抗体を加熱する構成では、省電力という利点はあるが、異なる温度に発熱体または感温抵抗体を加熱および自然冷却するための時間が必要となり応答速度が遅いという問題がある。

特に、内燃機関の吸入空気の湿度計測では、燃料噴射時間等の瞬時計算に用いられる重要なデータとなることから即時性が求められる。このような応用に対しては、上記の特許文献１および２に開示された従来の湿度センサは応答速度が課題となる。

一方、特許文献３（特開２００４−２８６４９２号公報）の従来例では、請求項６において、基板から熱分離し独立した２個の薄膜体のそれぞれに、１個のヒータと、該ヒータの場所Ａの温度Ｔａを検出する温度センサＴＳａと、熱抵抗を有するようにヒータから距離を隔てた場所Ｂに配置温度センサＴＳｂをそれぞれ配置した構成が開示されている。

それぞれ独立した２個の薄膜体の温度Ｔａを、低温度（第２の温度）と高温度（第１の温度）にそれぞれ制御し、それぞれの薄膜体における上記温度センサＴＳａと温度センサＴＳｂの温度差情報から湿度を検出する構成となっている。

このような上記構成では、それぞれ独立した２個の薄膜体を異なる温度に制御することから、湿度の出力信号をリアルタイムに出力することが可能となり応答性の向上が期待される。

しかしながら、上記の特許文献３の従来例では、基板から熱分離し独立した２個の薄膜体に対して、それぞれ１個のヒータと２個の温度センサ（合計で２個のヒータと４個の温度センサ）が必要となる。

このように各薄膜に形成される温度センサが増えることから、各温度センサから基板に至る引出配線の数も増大し、結果として、基板と薄膜体との間の熱抵抗が下がり、薄膜体の熱分離が不十分となって、計測精度が劣化する問題がある。

本発明の目的は、上記の従来例の課題を解決し、内燃機関等の吸入空気の湿度計測が可能な、高応答で高精度の湿度センサを提供することにある。

上記課題を解決する本発明の湿度センサは、基板の空洞部内に複数本の支持腕を介して第一および第二の薄膜支持体を支持し、その第一および第二の薄膜支持体に第一および第二の発熱体を形成する。そして、第一および第二の発熱体に対して加熱電力を供給して第一の発熱体を第一の温度に制御しかつ第二の発熱体を第一の温度よりも高温である第二の温度に制御し、第一および第二の発熱体の加熱電力に基づいて周囲気体の湿度を演算することを特徴としている。

本発明によれば、基板の空洞部内に複数本の支持腕を介して第一および第二の薄膜支持体を支持し、その第一および第二の薄膜支持体に第一および第二の発熱体を形成しているので、第一および第二の薄膜支持体から基板への熱逃げを防ぎ、熱絶縁性を向上させることができる。

そして、第一および第二の発熱体に対して加熱電力を供給して第一の発熱体を第一の温度に制御しかつ第二の発熱体を第一の温度よりも高温である第二の温度に制御し、第一および第二の発熱体の加熱電力に基づいて周囲気体の湿度を演算するので、それぞれ独立した２個の薄膜支持体を互いに異なる温度に同時に制御することができる。したがって、湿度の出力信号をリアルタイムに出力することができ、応答性を向上させることができる。

第一実施例を示す湿度センサの平面図。図１のＡ−Ａ線断面図。第一実施例を示す湿度センサの駆動回路図。第二実施例を示す湿度センサの平面図。図４のＢ−Ｂ線断面図。第二実施例を示す湿度センサの駆動回路図。第三実施例を示す湿度センサの平面図。図７のＣ−Ｃ線断面図。

以下、本発明の実施例について図面に基づき詳細に説明する。図１は第一実施例を示す湿度センサの平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
湿度センサ１は、単結晶シリコンの基板２を有している。基板２には、図１に示すように、互いに独立した第一および第二の空洞部５ａ、５ｂが所定間隔をおいて隣り合う位置に形成されており、これらの第一および第二の空洞部５ａ、５ｂ内に、第一の発熱体３ａと第二の発熱体３ｂを支持する第一の薄膜支持体４ａと第二の薄膜支持体４ｂが位置するように形成されている。

第一および第二の薄膜支持体（メンブレン）４ａ、４ｂは、図２に示すように、基板２の上面に積層された絶縁層８ａ、８ｂによって構成されており、これらの絶縁層８ａ、８ｂの間に、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂが介在されて支持されている。

第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂは、発熱体３ａ、３ｂと基板２間の熱絶縁を図るために、図１に示すように、空洞部５ａ、５ｂ上にて複数の支持腕６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈによって支持された構造となっている。本実施例では、第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂが平面視略矩形を有しており、各四隅にそれぞれ四本の支持腕６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈが連結されて支持する構造を有している。

発熱体３ａ、３ｂは、第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂの平面に沿って延在するジクザク構造を有する微細幅の抵抗体からなり、基板２上に形成された外部回路との接続のための電極７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄと、支持腕６ａ、６ｂ、および支持腕６ｅ、６ｆに形成された接続パターンを介して電気的に接続される。

発熱体３ａ、３ｂとしては、高温において安定な材料（高い融点を有する材料）として、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、シリコン（Ｓｉ）等が選定され、絶縁層８ａ、８ｂとしては酸化シリコン（ＳｉＯ_２）と窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）が単層あるいは積層構成にて選定される。また、電極７ａ、７ｂとしては、アルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）が選定される。

発熱体３ａ、３ｂ、絶縁層８ａ、８ｂおよび電極７ａ〜７ｄは、公知のフォトリソグラフィーを利用した半導体微細加工技術、異方性エッチング技術を用いて形成される。特に、空洞部５ａ、５ｂは、単結晶シリコン基板２を異方性エッチングして形成するので、電極７ａ〜７ｄには、異方性エッチングに用いるアルカリエッチング溶液への耐性のある金属を用いる方が良い。

また、アルミニウムなどの耐性の無い金属を使用するときは、電極７ａ〜７ｄをアルミニウムとシリコンの合金で構成して耐性を持たせるか、または、電極７ａ〜７ｄの上に保護膜を形成しておいてから異方性エッチングを行う。

図３は、湿度センサの駆動回路の構成図である。以下、図３を用いて、第一実施例における湿度センサの動作について説明する。
湿度センサ１の駆動回路は、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂに対して加熱電力を供給して第一の発熱体を第一の温度に制御し且つ第二の発熱体を第一の温度よりも高温である第二の温度に制御する構成を有している。

湿度センサ１の駆動回路は、第一および第二のホーイストン・ブリッジ回路２１、３１と、差動増幅器１０ａ、１０ｂと、発熱体３ａ、３ｂに加熱電流を流すためのトランジスタ１１ａ、１１ｂを有している。尚、図３で符号１２は電源であり、符号１３は信号処理回路である。

第一のホーイストン・ブリッジ回路２１は、発熱体３ａと固定抵抗９１ａ、９２ａ、９３ａを有しており、第二のホーイストン・ブリッジ回路３１は、発熱体３ｂと固定抵抗９１ｂ、９２ｂ、９３ｂを有している。

第一のホーイストン・ブリッジ回路２１における、発熱体３ａと固定抵抗９３ａの接続端２２の電位と、固定抵抗９１ａと９２ａの接続端２３の電位とが差動増幅器１０ａに入力され、発熱体３ａの温度が１００℃から２００℃の間の一定温度である第一の温度Ｔ１になるようにフィードバック制御される（第一のフィードバック制御手段）。

発熱体３ａの温度設定は、既知である発熱体３ａの抵抗温度係数から第一の温度Ｔ１における抵抗と固定抵抗９３ａの比と、固定抵抗９１ａと９２ａの比が一致するように設定され、発熱体３ａの温度が第一の温度Ｔ１より低いと、トランジスタ１１ａがオンして発熱体３ａに加熱電流が流れることになる。

第二のホーイストン・ブリッジ回路３１でも同ように、発熱体３ｂと固定抵抗９３ｂの接続端３２の電位と、固定抵抗９１ｂと９２ｂの接続端３３の電位とが差動増幅器１０ｂに入力され、発熱体３ｂの温度が３００℃以上の一定温度である第二の温度Ｔ２になるように抵抗比が設定されて、フィードバック制御される（第二のフィードバック制御手段）。

上記の第一の温度Ｔ１および第二の温度Ｔ２に制御された第一および第二の発熱体３ａ、３ｂの近傍では、湿度による熱伝導率が第一の温度Ｔ１および第二の温度Ｔ２に応じて異なってくる。発熱体３ａ、３ｂでは、熱伝導率に比例した熱が周囲環境に奪われることから、各発熱体３ａ、３ｂに流れる加熱電流（投入電力）に差が生じる。この第一および第二の発熱体３ａ、３ｂに流れる加熱電流の信号（図３における固定抵抗９３ａ、９３ｂの端子電圧）を信号処理回路（湿度演算手段）１３に入力して、周囲気体の湿度を求める構成となっている。

発熱体３ａまたは３ｂに投入される電力（Ｐ）は、下記の（１）式となる。
Ｐ＝Ｑｈ＋Ｑ１＋Ｑ２―――――（１）
上記（１）式で、Ｑｈは湿度に依存して熱伝導により周囲環境に放熱される熱量、Ｑ１は薄膜支持体４ａ、４ｂの発熱体３ａ、３ｂから各４本の支持腕６ａ〜６ｈを介して熱伝導により単結晶シリコン基板２に漏れる熱量、Ｑ２は自然対流および輻射により伝わる熱量である。

ここで、ブリッジ構造における各４本の支持腕６ａ〜６ｈの熱絶縁が理想的に十分確保され、自然対流および輻射が無視できる（Ｑ１＝Ｑ２＝０）と仮定すると、発熱体３ａ、３ｂに投入される電力（Ｐ）は、下記の（２）式となる。
Ｐ＝Ｑｈ＝Ｒ・Ｉ^２―――――（２）
ここで、Ｉは発熱体に流れる加熱電流、Ｒは発熱体抵抗である。

３００℃以上の第２の温度（Ｔ２）と１００℃〜１５０℃の第１の温度Ｔ１における、発熱体抵抗（Ｒ２）、（Ｒ１）および加熱電流Ｉ２、Ｉ１とすると（２）式から近似的に下記の（３）式、（４）式が導ける。
（Ｉ２）^２＝（λ２Ｔ２−λａＴａ）Ｓ／Ｒ２―――――（３）
（Ｉ１）^２＝（λ１Ｔ１−λａＴａ）Ｓ／Ｒ１―――――（４）
ここで、λ２、λ１、λａは、発熱体温度Ｔ２、Ｔ１および周囲空気温度Ｔａにおける空気の熱伝導率、Ｓはヒータ部（絶縁薄膜部）の表面積である。

更に、ここで計測すべく絶対湿度と関連する評価関数（Φ）を下記の（５）式で定義する。
Φ＝（Ｉ２）^２−Ｋ・（Ｉ１）^２―――――（５）

定数Ｋを、第２の温度（Ｔ２）、第一の温度Ｔ１における発熱体抵抗の比として下記の（６）式とすれば、
Ｋ＝Ｒ１／Ｒ２―――――（６）

上記した（３）、（４）、（６）式を（５）式に代入すると、下記の（７）式となる。
Φ＝（λ２Ｔ２／Ｒ２−Ｋλ１Ｔ１／Ｒ１）Ｓ−λａＴａ（１／Ｒ２−Ｋ／Ｒ１）Ｓ
＝（λ２Ｔ２−λ１Ｔ１）Ｓ／Ｒ２―――――（７）
上記（７）式における評価関数（Φ）は、周囲の空気温度（Ｔａ）を含まず、また、発熱体温度（Ｔ１）１００℃〜１５０℃において、熱伝導率λ１は水蒸気の量に殆ど依存しないことから、発熱体温度Ｔ２、Ｔ１における加熱電流Ｉ２、Ｉ１、発熱体抵抗Ｒ２、Ｒ１が分かれば、評価関数（Φ）から絶対湿度（Ｈ：λ２と相関）が演算できる。

信号処理回路１３では、発熱体温度Ｔ２、Ｔ１および発熱体抵抗Ｒ２、Ｒ１が一定で既知の値になるので、予め、（７）式の評価関数（Φ）と絶対湿度（Ｈ）の関係をマップとして記憶しておけば、図３の固定抵抗９３ａ、９３ｂの端子電圧から加熱電流Ｉ２、Ｉ１の検出値から計算される評価関数（Φ）の値から絶対湿度を逆算することが可能となる。

以上のように構成された本発明の第一の実施例である湿度センサ１では、第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂ上にそれぞれ独立した第一および第二の発熱体３ａ、３ｂを異なる温度Ｔ１、Ｔ２に同時に制御することから、湿度の出力信号をリアルタイムに出力することが可能となり、従来例に比較して応答性が向上する。

また、第一および第二の薄膜支持体４ａ、４ｂは、空洞部５ａ、５ｂ上にて夫々四隅が支持腕６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈにて支持された構造となっていることから、発熱体３ａ、３ｂと基板２との間の熱絶縁が得られ、従来例における熱分離が不十分となって計測精度が劣化する問題を解決することが可能となる。

次に、本発明の第二実施例について、図４〜図６を用いて以下に説明する。図４は、第二実施例を示す湿度センサの平面図、図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図、図６は、第２実施例を示す湿度センサの駆動回路図である。

本実施例の湿度センサ１’が、第一実施例と異なるのは、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂの近傍にそれぞれの発熱温度Ｔ１、Ｔ２を計測するための第一および第二の測温抵抗体１４ａ、１４ｂを形成したことである。

第一および第二の測温抵抗体１４ａ、１４ｂは、図４に示すように、発熱体３ａ、３ｂと同一の材料でジクザク構造を有する微細幅の抵抗体で形成されており、抵抗値が発熱体３ａ、３ｂよりも大きくなるように、より微細幅の抵抗体となっている。また、接続パターンが４本の支持腕６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈの内の２本の支持腕６ｃ、６ｄ、および６ｇ、６ｈ（発熱体とは別個）に形成され、外部回路との接続のための電極７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈと接続されている。

第一および第二の測温抵抗体１４ａ、１４ｂの断面構造としては、第一実施例のように発熱体３ａ、３ｂと同一平面内に単層構造にて同時にパターニングして形成する方法がある。これに対して、図５に示した断面構造は、第一および第二の測温抵抗体１４ａ、１４ｂと発熱体３ａ、３ｂを多層構造としたものである。絶縁層８ａ上に発熱体３ａ、３ｂと絶縁層８ｂと測温抵抗体１４ａ、１４ｂと絶縁層８ｃをそれぞれ順次積層・パターニングして形成する。

このように多層構造とすることにより、測温抵抗体１４ａ、１４ｂと発熱体３ａ、３ｂをそれぞれに適したパターン形状が選択でき、素子の小型化が図れる上に、測温抵抗体１４ａ、１４ｂと発熱体３ａ、３ｂの熱結合が十分に取れることから、発熱温度Ｔ１、Ｔ２の計測の精度が向上する。

図６は、第二実施例である湿度センサ１’の駆動回路の構成を示す図である。
第二実施例の駆動回路と、第一実施例の駆動回路との差異は、第一実施例では発熱体３ａ、３ｂで第一および第二のホーイストン・ブリッジ回路２１、３１を構成していたのに対し、第二の実施例では測温抵抗体１４ａ、１４ｂで第一および第二のホーイストン・ブリッジ回路４１、５１を構成したことである。

第一および第二の発熱体３ａ、３ｂには、加熱電流を流すためのトランジスタ１１ａ、１１ｂが接続されており、発熱体３ａ、３ｂによって傍熱された測温抵抗体１４ａ、１４ｂによって発熱体３ａ、３ｂの温度を検出して、一定温度Ｔ１、Ｔ２となるように制御する構成となっている。入力端子４２、５２には、一定電圧Ｖｃｃが印可される。

発熱体３ａ、３ｂの第一および第二の温度Ｔ１、Ｔ２の設定は、既知である測温抵抗体１４ａ、１４ｂの抵抗温度係数（発熱体と同一材料の場合には同じ）から温度Ｔ１、Ｔ２における抵抗と固定抵抗９３ａ、９３ｂの比と、固定抵抗９１ａ、９１ｂと９２ａ、９２ｂの比が一致するように設定される。

測温抵抗体１４ａ、１４ｂによって発熱体３ａ、３ｂの第一および第二の温度Ｔ１、Ｔ２を制御し、この時の発熱体３ａ、３ｂに流れる加熱電流Ｉ３、Ｉ４を発熱体３ａ、３ｂの印加電圧（図６参照）として信号処理回路（湿度演算手段）１３に入力して、湿度を求める構成となっている。

このように構成した第二実施例では、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂに固定抵抗９３ａ、９３ｂが直列接続されていないことから、第一実施例と比較して電源１２の電源電圧を小さくすることが可能となり、低電圧駆動に適している。また、発熱体３ａ、３ｂおよび測温抵抗体１４ａ、１４ｂで構成したことから、それぞれの発熱体３ａ、３ｂおよび測温抵抗体１４ａ、１４ｂに適した抵抗値および抵抗パターンを用いることができ、設計の自由度を高めることができるという利点がある。また、測温抵抗体１４ａ、１４ｂを用いて、第一および第二の発熱体３ａ、３ｂの放熱量を直接計測しているので、感度がよい。

信号処理回路１３では、第一実施例と同ように、発熱体温度Ｔ２、Ｔ１および発熱体抵抗Ｒ２、Ｒ１が一定で既知の値になるので、予め、（７）式の評価関数（Φ）と絶対湿度（Ｈ）の関係をマップとして記憶しておけば、発熱体３ａ、３ｂの端子電圧から加熱電流Ｉ２、Ｉ１が計算され、これに対応する評価関数（Φ）の値から絶対湿度を逆算することが可能となる。

次に、本発明の第三実施例について、図７および図８を用いて以下に説明する。図７は、第三実施例を示す湿度センサの平面図、図８は、図７のＣ−Ｃ線断面図である。

第三実施例の湿度センサ１”において、第一の実施例と異なるのは、第一および第二の空洞部５ａ、５ｂを１個の共通の空洞部５としたことである。

第一実施例では、発熱体３ａ、３ｂがそれぞれ個別の空洞部５ａ、５ｂに配置されていたが、これを１個の共通の空洞部５として、空洞部５内に発熱体３ａ、３ｂを互いに隣り合うように並べて配置したことにより、湿度センサ１”の横幅方向長さを短縮することができ、湿度センサ１”全体の小型化が可能となり、低コスト化が図れる。

また、第一実施例では、薄膜支持体４ａ、４ｂがそれぞれ４本の支持腕６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈにて支持された構造であったが、第三実施例では、各３本の支持腕６ｉ〜６ｋ、６ｍ〜６ｐにて支持された構造となるため、発熱体３ａ、３ｂと単結晶シリコン基板２間の熱絶縁が高められ、熱分離が向上することから計測精度が高められる。

尚、本発明は、上述の各実施例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で種々の変更が可能である。例えば、上述の各実施例では、各薄膜支持体４ａ、４ｂを支持する支持腕の本数が３本、または４本の場合を例に説明したが、複数本であればよく、例えば２本でもよい。

１、１’、１” 湿度センサ
２基板
３ａ第一の発熱体
３ｂ第二の発熱体
４ａ、４ｂ薄膜支持体
５、５ａ、５ｂ空洞
６ａ〜６ｄ、６ｅ〜６ｈ、６ｉ〜６ｋ、６ｍ〜６ｐ支持腕
７ａ〜７ｄ、７ｅ〜７ｈ電極
８ａ、８ｂ、８ｃ絶縁層
９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂ、９３ａ、９３ｂ固定抵抗
１０ａ、１０ｂ差動増幅器
１１ａ、１１ｂトランジスタ
１２電源
１３信号処理回路
１４ａ、１４ｂ測温抵抗体
２１、４１第一のホーイストン・ブリッジ回路
３１、５１第二のホーイストン・ブリッジ回路

Claims

発熱体の熱放散が湿度により変化することを利用して湿度を測定する湿度センサにおいて、
空洞部を有する基板と、
複数本の支持腕によって前記空洞部内に支持された第一および第二の薄膜支持体と、
前記第一の薄膜支持体に形成された第一の発熱体と、
前記第二の薄膜支持体に形成された第二の発熱体と、
該第一および第二の発熱体に対して加熱電力を供給して、前記第一の発熱体を第一の温度に制御し且つ前記第二の発熱体を前記第一の温度より高い第二の温度に制御する温度制御手段と、
前記第一の発熱体の加熱電力および前記第二の発熱体の加熱電力に基づいて周囲気体の湿度を演算する湿度演算手段と、
を有することを特徴とする湿度センサ。
前記温度制御手段は、
前記第一の発熱体と固定抵抗とからなる第一のホーイストン・ブリッジ回路と、該第一のホーイストン・ブリッジ回路に接続された第一の差動増幅器を有し、前記第一の発熱体を前記第一の温度にフィードバック制御する第一のフィードバック制御手段と、
前記第二の発熱体と固定抵抗とからなる第二のホーイストン・ブリッジ回路と、該第二のホーイストン・ブリッジ回路に接続された第二の差動増幅器とを有し、前記第二の発熱体を前記第二の温度にフィードバック制御する第二のフィードバック制御手段を有し、
前記第一の温度にフィードバック制御された前記第一の発熱体に流れる加熱電流から前記第一の加熱電力を検出し、前記第二の温度にフィードバック制御された前記第二の発熱体に流れる加熱電流から前記第二の加熱電力を検出し、前記第一および第二の加熱電力を前記湿度演算手段に出力することを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
前記第一の薄膜支持体に設けられ前記第一の発熱体によって傍熱される第一の測温抵抗体と、前記第二の薄膜支持体に設けられ前記第二の発熱体によって傍熱される第二の測温抵抗体を有し、
前記温度制御手段は、前記第一の測温抵抗体により計測した前記第一の発熱体の温度と、前記第二の測温抵抗体により計測した前記第二の発熱体の温度に基づいて、前記第一および第二の発熱体の温度を制御することを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
前記温度制御手段は、
前記第一の測温抵抗体と固定抵抗とからなる第一のホーイストン・ブリッジ回路と、該第一のホーイストン・ブリッジ回路に接続された第一の差動増幅器とを有し、前記第一の発熱体を前記第一の温度にフィードバック制御する第一のフィードバック制御手段と、
前記第二の測温抵抗体と固定抵抗とからなる第二のホーイストン・ブリッジ回路と、該第二のホーイストン・ブリッジ回路に接続された第二の差動増幅器とを有し、前記第二の発熱体を前記第二の温度にフィードバック制御する第二のフィードバック制御手段を有し、
前記第一の温度に制御された前記第一の発熱体の印加電圧から前記第一の加熱電力を検出し、前記第二の温度に制御された前記第二の発熱体の印加電圧から前記第二の加熱電力を検出し、前記第一および第二の加熱電力を前記湿度演算手段に出力することを特徴とする請求項３に記載の湿度センサ。
前記第一の温度が１００℃から２００℃の間の温度で、前記第二の温度が３００℃以上の温度であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の湿度センサ。
前記基板は、互いに独立して形成された第一および第二の空洞部を有し、
前記第１の薄膜支持体は、前記複数本の支持腕によって前記第１の空洞部内に支持され、
前記第２の薄膜支持体は、前記複数本の支持腕によって前記第２の空洞部内に支持されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の湿度センサ。
前記基板は、単一の空洞部を有し、
前記第一および第二の薄膜支持体は、前記複数本の支持腕によって前記空洞部内に支持されたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の湿度センサ。
発熱体の熱放散が湿度により変化することを利用して湿度を測定する湿度センサにおいて、
基板の空洞部内に複数本の支持腕を介して第一および第二の薄膜支持体を支持し、該第一および第二の薄膜支持体に第一および第二の発熱体を形成し、該第一および第二の発熱体に対して加熱電力を供給して前記第一の発熱体を第一の温度に制御しかつ第二の発熱体を前記第一の温度よりも高温である第二の温度に制御し、前記第一および第二の発熱体の加熱電力に基づいて周囲気体の湿度を演算することを特徴とする湿度センサ。