JP2016085136A - 内部温度測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内部温度測定装置10は、非発熱体の熱抵抗値が未知の測定対象物の内部温度を算出するための2つの熱流束を測定するための2つのセル20a、20bと、熱流束差を大きくするためのセル20cとを備えたMEMSチップ12を含む。
【選択図】図4
Description
1つの熱流束センサが用いられた非加熱型深部体温計による深部体温の測定時には、図1(A)に示してあるように、当該熱流束センサが体表面に密着される。
(Tb−Tt)/Rx=(Tt−Ta)/R1 …(1)
Tb=Tt+(Tt−Ta)・Rx/R1 …(2)
′、Tt′と表記すると、図2(A)に示した構造の熱等価回路は、図2(C)のように表せる。尚、Rx、R1、R2は、それぞれ、非発熱体である皮下組織の熱抵抗値、第1熱流束センサの断熱材の熱抵抗値、第2熱流束センサの断熱材の熱抵抗値である。
Tb=Tt′+(Tt′−Ta′)・Rx/R2 …(3)
の面上に配設されたMEMSチップであって、前記基材部側が空洞となった第1薄膜部及び第2薄膜部を有する基板部と、前記第1薄膜部の所定の領域と他の領域との間の第1温度差を測定する第1サーモパイルと、前記第2薄膜部の所定の領域と他の領域との間の第2温度差を測定する第2サーモパイルとを備えたMEMSチップと、前記第1サーモパイルにより測定された前記第1温度差と前記第2サーモパイルにより測定された前記第2温度差とを用いて、前記測定対象物の内部温度を算出する算出部とを含み、前記MEMSチップが、前記第1温度差から求められる、前記基材部の前記一方の面と接触している前記測定対象物からの前記第1薄膜部の前記所定の領域を通過する第1熱流束と、前記第2温度差から求められる、前記基材部の前記一方の面と接触している前記測定対象物からの前記第2薄膜部の前記所定の領域を通過する第2熱流束とが異なる構成であって、前記第1熱流束を小さくするために、前記基板部の前記第1薄膜部の、前記第1薄膜部と前記第2薄膜部の並び方向の両側の少なくとも一方に、前記基材部側が空洞となった薄膜部を設けた構成を有する。
直な第1鏡映面を有する構成であって、前記第1鏡映面にて区分される各部分に、前記第1薄膜部、前記第2薄膜部、前記第1サーモパイル及び前記第2サーモパイルを含み、各部分の前記第1薄膜部が前記第1鏡映面に隣接した構成を有するMEMSチップを採用しておいても良い。MEMSチップを、この構成のものとする場合、各部分の第1薄膜部が、他方の部分の第1薄膜部からの第1熱流束を小さくする“薄膜部”として機能することになる。ただし、MEMSチップを上記構成のものとする場合に、各部分に、第1薄膜部とは別に“薄膜部”を設けておいても良い。
図3に、本発明の第1実施形態に係る内部温度測定装置10の概略構成を示す。
。また、内部温度測定装置10は、MEMSチップ12及びASIC13をその内部に収容する形で基材部11上に配設されたハウジング16を、備える。
として機能する電圧源)を含む。すなわち、ASIC13は、PTAT電圧源の構成要素が温度センサ18として機能する回路となっている。
中央部分の温度)のことである。Ttとは、サーモパイル25aの温接点の温度のことであり、Trとは、温度センサ18による温度の測定結果のことである。
k・ΔT−ΔT′=R2(It−It’)
た場合、チップの製造が困難になると共に、出力セル20a(薄膜部24a)の強度が低下する可能性がある。
以下、第1実施形態に係る内部温度測定装置10の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第2実施形態に係る内部温度測定装置10の構成を、説明する。尚、以下の説明において、第n(n=1〜3)MEMSチップ12とは、第n実施形態に係る内部温度測定装置10が備えるMEMSチップ12のことである。
セル20bと鏡像関係にある出力セル20cは、第2MEMSチップ12の熱流束分布(図7(C))を左右対称とする(熱流束分布が左右対称でない分、熱流束Itが大きくなってしまうことを抑止する)ために設けられているセルである。
以下、第1実施形態に係る内部温度測定装置10の説明時に用いたものと同じ符号を用いて、本発明の第3実施形態に係る内部温度測定装置10の構成を、説明する。
0aの左右方向の中央部分から上方に放出される熱流束Itを、各出力セル20bの中央部分から上方に放出される熱流束It′よりも小さな値とすることが出来る。従って、本実施形態に係る内部温度測定装置10によっても、測定対象物の内部温度を、従来よりも、正確に応答性良く測定することができる。
上記した各実施形態に係る内部温度測定装置10は、各種の変形を行えるものである。例えば、第1MEMSチップ12(図4)や、第2MEMSチップ12(図7)を、各出力セル20cの代わりに、サーモパイル25を備えない構造(つまり、薄膜部のみ)を備えたものに変形することが出来る。
11 基材部
12 MEMSチップ
13 ASIC
14 演算回路
15 ターミナル
16 ハウジング
18 温度センサ
20 出力セル
21 基板
22 開口部
23 積層部
24 薄膜部
25 サーモパイル
26 熱電対
Claims (3)
- 測定対象物の内部温度の測定時に、その一方の面を前記測定対象物の表面に接触させる基材部と、
前記基材部の他方の面上に配設されたMEMSチップであって、前記基材部側が空洞となった第1薄膜部及び第2薄膜部を有する基板部と、前記第1薄膜部の所定の領域と他の領域との間の第1温度差を測定する第1サーモパイルと、前記第2薄膜部の所定の領域と他の領域との間の第2温度差を測定する第2サーモパイルとを備えたMEMSチップと、
前記第1サーモパイルにより測定された前記第1温度差と前記第2サーモパイルにより測定された前記第2温度差とを用いて、前記測定対象物の内部温度を算出する算出部と、を含み、
前記MEMSチップは、前記第1温度差から求められる、前記基材部の前記一方の面と接触している前記測定対象物からの前記第1薄膜部の前記所定の領域を通過する第1熱流束と、前記第2温度差から求められる、前記基材部の前記一方の面と接触している前記測定対象物からの前記第2薄膜部の前記所定の領域を通過する第2熱流束とが異なる構成であって、前記第1熱流束を小さくするために、前記基板部の前記第1薄膜部の、前記第1薄膜部と前記第2薄膜部の並び方向の両側の少なくとも一方に、前記基材部側が空洞となった薄膜部を設けた構成を有する
ことを特徴とする内部温度測定装置。 - 前記MEMSチップは、前記第1薄膜部と前記第2薄膜部の並び方向に垂直な第1鏡映面を有する構成であって、前記第1鏡映面にて区分される各部分に、前記第1薄膜部、前記第2薄膜部、前記第1サーモパイル及び前記第2サーモパイルを含み、各部分の前記第1薄膜部が前記第1鏡映面に隣接した構成を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の内部温度測定装置。 - 前記MEMSチップは、第1鏡映面と前記第1鏡映面に直交する第2鏡映面とを有する構成であって、前記第1及び第2鏡映面にて区分される部分のそれぞれに、前記第1薄膜部、前記第2薄膜部、前記第1サーモパイル及び前記第2サーモパイルを含み、各部分の前記第1薄膜部が前記第1鏡映面及び第2鏡映面に隣接した構成を有し、
前記算出部は、前記MEMSチップの4つの前記第1サーモパイルにより測定された第1温度差の平均値と、前記MEMSチップの4つの前記第2サーモパイルにより測定された第2温度差の平均値とを用いて、前記測定対象物の内部温度を算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の内部温度測定装置。
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