JP2015114106A - 温度センサ及び温度センサの出力調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタ等の温度可変抵抗と分圧用抵抗とを直列接続してなる温度センサの温度検出精度を向上させる。
【解決手段】サーミスタ２及び分圧用抵抗３が直列接続されており、サーミスタ２及び分圧用抵抗３の接続点Ｘから出力される出力電圧Ｖ_Ｘを用いて温度を検出する温度センサ１の出力調整方法であって、出力電圧Ｖ_Ｘが調整される対象となる被調整温度センサ１の出力電圧Ｖ_Ｘと、基準となる出力電圧Ｖ_Ｒｅｆを出力する基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとを比較して、それらが同一となるように被調整温度センサ１の分圧用抵抗３の抵抗値を調整する。
【選択図】図２

Description

本発明は、サーミスタ等の温度センサ素子及び当該温度センサ素子に直列接続された分圧用抵抗を有する温度センサ及び当該温度センサの出力調整方法に関するものである。

従来の温度検知としては、サーミスタを用いた温度センサがある。具体的には、定電圧電源（５Ｖ）にサーミスタと固定抵抗や半固定抵抗等の分圧用抵抗を直列に接続して、その分圧から温度を検知するというものである。

また、サーミスタと分圧用抵抗とは別部品として製造され、一般的な高精度品の誤差は、それぞれ±１％程度であり、例えば空気調和機に必要な人の生活温度体である１８℃〜３０℃の範囲での温度精度は、±１℃となる。

ここで、温度精度誤差を小さくする目的で、サーミスタをレーザトリミングを用いて抵抗精度を向上させる技術があるが、レーザトリミングを行うことで、サーミスタ自体の温度が上昇して、抵抗値が変化してしまうという問題がある。このため、レーザトリミングを用いてサーミスタの抵抗値の精度のみを向上させると、温度精度の殆どがサーミスタの精度に依存して精度向上の効果を上げることができない。

ここで、温度センサに１．０℃未満の精度を追求する場合、最終製品に組み込む製造工程時に恒温槽（例えば２５．０℃）の評価室において半固定抵抗を調整することで実現している。

しかしながら、恒温槽の温度を長期間に渡り２５．０℃一定に保つのは非常に難しく、±０．５℃程度の温度差が発生し、それ以上精度を向上させる事が難しい。

特開２００４−２２６７２公報

そこで、本発明は、上記問題を解決すべくなされたものであり、サーミスタ等の温度可変抵抗と分圧用抵抗とを直列接続してなる温度センサの温度検出精度を向上させることを主たる課題とするものである。

すなわち本発明に係る温度センサの出力調整方法は、温度可変抵抗及び分圧用抵抗が直列接続されており、前記温度可変抵抗及び前記分圧用抵抗の接続点から出力される出力電圧を用いて温度を検出する温度センサの出力調整方法であって、出力電圧が調整される対象となる被調整温度センサの出力電圧と、基準となる出力電圧を出力する基準温度センサの出力電圧とを比較して、それらが同一となるように前記被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を調整することを特徴とする。

このようなものであれば、被調整温度センサの出力電圧と基準温度センサの出力電圧とを比較して、それらが同一となるように被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を調整するので、温度可変抵抗及び分圧用抵抗を組み合わせた状態で、温度可変抵抗の抵抗値に応じた分圧用抵抗の抵抗値に調整することができる。これにより、低精度な温度可変抵抗であっても、所定の温度域（例えば１８℃〜３０度）において高精度の温度センサを得ることができる。

前記被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を、レーザトリミングにより調整することが望ましい。これならば、分圧用抵抗の抵抗値を高精度に調整することができる。

前記被調整温度センサ及び前記基準温度センサを、共通の恒温槽中において温度差が発生しない程度に近接配置して、又は撹拌水中に水没させて、前記被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を調整することが望ましい。これならば、被調整温度センサの調整を高精度に行うことができる。このとき、被調整温度センサの出力電圧と基準温度センサの出力電圧とを比較して、それらが同一となるように被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を調整するので、恒温槽の温度を高精度に調整する必要が無く、低精度の温度環境下においても、±０．３℃以下の高精度温度センサを実現することができる。

前記被調整温度センサの電源と、前記基準温度センサの電源とが共通とされており、前記被調整用温度センサのグランドと、前記基準温度センサのグランドとが共通とされていることが望ましい。これならば、被調整温度センサの電位差と基準温度センサの電位差を等しくすることができる。また、被調整温度センサの電源及び基準温度センサの電源のそれぞれの電源電圧の管理を不要にすることができる。さらに、被調整温度センサの出力電圧と基準温度センサの出力電圧との比較の精度を向上させることができ、被調整温度センサの調整を高精度に行うことができる。

差動増幅器により、前記被調整温度センサの出力電圧と、前記基準温度センサの出力電圧との差分を増幅することが望ましい。これならば、被調整温度センサの出力電圧と基準温度センサの出力電圧との比較の精度をより一層向上させることができ、被調整温度センサの調整を高精度に行うことができる。

前記被調整温度センサの分圧用抵抗が、大小２種類の抵抗要素から構成されており、抵抗値の小さい抵抗要素を調整することが望ましい。これならば、分圧用抵抗の抵抗値の調整精度を向上させることができる。

このように構成した本発明によれば、サーミスタ等の温度可変抵抗と分圧用抵抗とを直列接続してなる温度センサの温度検出精度を向上させることができる。

本実施形態における温度センサの構成を示す模式図。 本実施形態における出力調整方法を示す模式図。

以下に本発明に係る温度センサの出力調整方法の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る温度センサ１は、温度可変抵抗であるサーミスタ２と分圧用抵抗３とが直接接続されており、サーミスタ２及び分圧用抵抗３の接続点Ｘから出力される出力電圧Ｖ_Ｘを用いて温度を検出するものである。なお、本実施形態のサーミスタ２は、例えばチップタイプのＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタで、その形態は、チップタイプ、例えばエポキシ樹脂やガラス等でコーティングされたリード線タイプ、例えば銅製の保護ケースに収容されたタイプ（ＣＡＮタイプ）等である。また、分圧用抵抗３は、例えば金属皮膜抵抗等の抵抗体であり、固定抵抗であっても良いし、半固定抵抗であっても良い。

そして、この温度センサ１の出力調整方法は、図１に示すように、出力電圧が調整される対象となる被調整温度センサ１の出力電圧Ｖ_Ｘと、基準となる出力電圧Ｖ_Ｒｅｆを出力する基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとを比較して、それらが同一となるように、被調整温度センサ１の分圧用抵抗３の抵抗値を調整するものである。

具体的には、被調整温度センサ１及び前記基準温度センサ１_Ｒｅｆを、共通の恒温槽（不図示）中に温度差が発生しない程度に近接配置した、又は撹拌水中に水没させた状態で、被調整温度センサ１の分圧用抵抗３の抵抗値をレーザトリミングにより調整するものである。なお、恒温槽の温度は、例えば２５℃一定に調整されている。

ここで、被調整温度センサ１の電源（５Ｖ一定）と、基準温度センサ１_Ｒｅｆの電源（５Ｖ一定）とが共通とされている。つまり、被調整温度センサ１のサーミスタ２及び基準温度センサ１_Ｒｅｆのサーミスタ２_Ｒｅｆに接続される電源が共通とされている。また、被調整用温度センサ１のグランドと、前記基準温度センサのグランドとが共通とされている。つまり、被調整温度センサ１の分圧用抵抗３及び基準温度センサ１_Ｒｅｆの分圧用抵抗３_Ｒｅｆとは共に共通のグランドに接続されている。

さらに、被調整温度センサ１からの出力電圧Ｖ_Ｘと基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとは、オペアンプ（差動増幅器）４に入力されて、それらの差分が増幅して出力されるように構成されている。このオペアンプ４からの出力がゼロとなるように、被調整温度センサ１の分圧用抵抗３の抵抗値をレーザトリミングにより調整する。

以下に、本実施形態の出力調整方法による電圧の精度について説明する。

上述した出力調整方法を実施して、２５℃におけるサーミスタ２の温度−抵抗公差を除去しても、温度係数公差（Ｂ定数公差）が残っている。さらに、測定時にＭＣＵ等で出力電圧のＡＤ変換を行うが、このＡＤ変換にも精度の誤差がある。

ここで、以下の表１に示すように、２５．０℃で調整した場合のＢ定数交差による２９．７℃〜３０．０℃までの出力電圧を示す。

ここで、±０．３℃の温度精度を実現するためには、３０℃の下限値と２９．７℃の上限値との差（（２２３５．０−２２２７．４）＝７．４ＬＳＢ：１２ｂｉｔＡＤ変換器の場合）を実現しなければならない。この場合、ＡＤ変換器の誤差を±６ＬＳＢとすると（７．４−６）×１．２２＝１．４×１．２２＝１．７８）の±１．７８ｍＶ以内となるように、分圧用抵抗３をレーザトリミング調整する必要がある（１ＬＳＢ＝５Ｖ／４０９５＝１．２２ｍＶ）。
なお、ここでは、３０℃付近での例を示したが、１８℃付近の方が温度精度が求められる場合には、１８℃において同様の計算を行う必要がある。

このように構成した温度センサの出力調整方法によれば、被調整温度センサ１の出力電圧Ｖ_Ｘと基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとを比較して、それらが同一となるように被調整温度センサ１の分圧用抵抗３の抵抗値を調整するので、サーミスタ２及び分圧用抵抗３を組み合わせた状態で、サーミスタ２の抵抗値に応じた分圧用抵抗３の抵抗値に調整することができる。これにより、低精度なサーミスタ２であっても、所定の温度域（例えば１８℃〜３０度）において高精度の温度センサ１を得ることができる。つまり、サーミスタ２の温度−抵抗値公差及び分圧用抵抗の抵抗公差が低い部品であっても、例えば１８℃〜３０℃の温度域での温度公差を大幅に小さくすることができる。

また、レーザトリミングにより調整しているので、分圧用抵抗３の抵抗値を高精度に調整することができ、高精度の温度センサを得ることができる。

さらに、被調整温度センサ１及び基準温度センサ１_Ｒｅｆを、共通の恒温槽（例えば２５℃）中に近接配置又は撹拌水中に水没させているので、恒温槽の温度を高精度に調整する必要が無く、低精度の温度環境下においても、±０．３℃以下の高精度温度センサ１を実現することができる。

その上、被調整温度センサ１と基準温度センサ１_Ｒｅｆとで電源を共通とし、被調整用温度センサ１と基準温度センサ１_Ｒｅｆとでグランドを共通としているので、被調整温度センサ１の電位差と基準温度センサ１_Ｒｅｆの電位差を等しくすることができる。また、被調整温度センサ１の電源及び基準温度センサ１_Ｒｅｆの電源のそれぞれの電源電圧の管理を不要にすることができる。さらに、被調整温度センサ１の出力電圧Ｖ_Ｘと基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとの比較の精度を向上させることができ、被調整温度センサ１の調整を高精度に行うことができる。

オペアンプ４により、被調整温度センサ１の出力電圧Ｖ_Ｘと、基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとの差分を増幅しているので、被調整温度センサ１の出力電圧Ｖ_Ｘと基準温度センサ１_Ｒｅｆの出力電圧Ｖ_Ｒｅｆとの比較の精度をより一層向上させることができ、被調整温度センサ１の調整を高精度に行うことができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、被調整温度センサ１の分圧用抵抗３を、大小２種類の抵抗要素から構成して、抵抗値の小さい抵抗要素をレーザトリミングにより調整するようにしても良い。これならば、抵抗値の小さい抵抗要素をレーザトリミングでその抵抗値を調整することにより、分圧用抵抗３の抵抗値の調整精度を向上させることができ、温度センサ１の温度検出精度をより一層向上させることができる。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１・・・温度センサ
２・・・サーミスタ（温度可変抵抗）
３・・・分圧用抵抗
Ｖ_Ｘ・・・被調整温度センサの出力電圧
Ｖ_Ｒｅｆ・・・基準温度センサの出力電圧

Claims (7)

1. 温度可変抵抗及び分圧用抵抗が直列接続されており、前記温度可変抵抗及び前記分圧用抵抗の接続点から出力される出力電圧を用いて温度を検出する温度センサの出力調整方法であって、
   出力電圧が調整される対象となる被調整温度センサの出力電圧と、基準となる出力電圧を出力する基準温度センサの出力電圧とを比較して、それらが同一となるように前記被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を調整することを特徴とする温度センサの出力調整方法。
2. 前記被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を、レーザトリミングにより調整する請求項１記載の温度センサの出力調整方法。
3. 前記被調整温度センサ及び前記基準温度センサを、共通の恒温槽中において近接配置して、又は撹拌水中に水没させて、前記被調整温度センサの分圧用抵抗の抵抗値を調整する請求項１又は２記載の温度センサの出力調整方法。
4. 前記被調整温度センサの電源と、前記基準温度センサの電源とが共通とされており、
   前記被調整用温度センサのグランドと、前記基準温度センサのグランドとが共通とされている請求項１乃至３の何れかに記載の温度センサの出力調整方法。
5. 差動増幅器により、前記被調整温度センサの出力電圧と、前記基準温度センサの出力電圧との差分を増幅する請求項１乃至４の何れかに記載の温度センサの出力調整方法。
6. 前記被調整温度センサの分圧用抵抗が、大小２種類の抵抗要素から構成されており、
   抵抗値の小さい抵抗要素を調整する請求項１乃至５の何れかに記載の温度センサの出力調整方法。
7. 請求項１乃至６の何れかに記載の出力調整方法により調整された温度センサ。