JP2018151356A - 温度測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来装置と比較して、安価で高精度な温度測定装置を提供する。【解決手段】一端を閉塞部とし、他端を開口部とする有底筒状を有し、熱源に直接的に接触して受熱される感温部が閉塞部側に配設されたケース２ａと、赤外線を受光する受光面を有し、受光した赤外線を検出して電気信号として出力する赤外線温度検出部が、ケース内において感温部と対向するとともに離間して配設された赤外線温度センサ部４ａと、赤外線温度センサ部からの出力である電気信号を赤外線温度センサ部に接続された接続配線８ａを介して取得し、電気信号を信号処理して温度特性を補正することで温度情報を生成する回路部１１ａを内部に有し、温度情報を外部装置に出力する接続端子部１０ａとを有し、回路部を内部に有する接続端子部を、熱源から離れた位置に配置できる構成を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、温度を計測する赤外線温度センサを用いた温度測定装置に係り、例えば、内燃機関の排気空気温度を測定するのに用いられる温度測定装置に関するものである。

従来、自動車の排気ガスの浄化装置の触媒コンバータ内部、排気管内等といった排気ガス流路を流れる排気ガスの温度を、感温素子であるサーミスタ素子によって検出する、いわゆる排気温センサが知られている。

この種の温度センサは、信号を外部に取り出すための配線部材の先端にサーミスタ素子が設けられ、この先端部分が有底筒状の金属ケースで被覆される。そして、金属ケースおよび配線部材の先端部分にて形成された空間内に、サーミスタ素子が収納される。

さらに、金属製の外筒内にて、外筒と芯線との間に絶縁性粉末を充填することにより、芯線が外筒に絶縁保持される。また、一対のリード線における、芯線との接続部分との反対側端部には、外部と電気的に接続するためのカプラーが設けられている。

このような温度センサにおいては、排気ガスの熱が金属ケースによって受熱され、その後、金属ケースからサーミスタ素子へと熱が伝達されることによって、温度検出が行われる（例えば、特許文献１参照）。

また、別の温度検出手法として、感温素子である赤外線温度検出部によって、熱源から離間された状態で温度を検出する、いわゆる赤外線温度測定装置が知られている。この種の温度測定装置は、筒状部材の先端部を感温部とし、感温部から離間して配設された感温素子である赤外線センサ素子によって、感温部からの赤外光を検出することによって、温度検出が行われる。

このような赤外線温度測定装置において、感温部は、赤外線温度検出手段と離間して配設されており、高温の排気ガス中に直接的に設置されるのは、筒状部材となる。このため、赤外線温度検出部が高温の排気ガス中に曝されることを回避でき、赤外線温度検出部の熱劣化を抑制することができる。さらに、感温部は、薄肉で形成することができる。このため、熱応答の高速化が実現できる（例えば、特許文献２参照）。

また、さらに別の温度検出手法として、内燃機関の内部ＥＧＲ制御装置において、排気管内に配設された排気温センサにより検出された排気ガスの温度ならびに排気圧センサにより検出された排気ガスの圧力に応じて、目標内部ＥＧＲ量を補正するシステムが知られている。

この内部ＥＧＲ制御装置は、吸排気バルブタイミング可変機構およびリフト機構を制御し、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を変更することによって、内部ＥＧＲ量を制御する。

さらに、この内部ＥＧＲ制御装置は、目標とする内部ＥＧＲ量を、排気ガスの温度と圧力に応じて補正する。内部ＥＧＲ制御装置は、このようにして温度と圧力の変化による制御上の誤差を補償することで、内部ＥＧＲ量を、より適切に制御することができる（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１７１３０８号公報 特許第５８２８０３３号公報 特許第４５８３３５４号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
排気管に取り付けられて排気ガスの温度を計測する温度測定装置において、熱源から離間して配設された感温素子である赤外線温度検出部は、一般的に、２００℃以上の耐熱性を有する材料で構成されている。このため、排気管が取り付けられる温度環境において、使用することができる。

その一方で、赤外線温度検出部からの信号を増幅する回路部は、一般的に、半導体のジャンクション温度等の制約により、１５０℃以下で使用する必要がある。従って、熱源からの熱影響を低減するために、回路部周辺の構成部品による対策が必要である。

具体的な対策としては、回路部の保持体や周辺の部材を、熱伝導が良好な、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼や黄銅等の金属材料を用いる対策が講じられている。また、別の具体的な対策としては、回路部周辺の構成部品を、できるだけ放熱面積を確保する形状とすることで、回路部の温度を下げる対策が講じられている。

このような対策を講じるためには、高価な材料を選択する必要があり、さらに、形状が複雑で小型化も困難となる。これらのことから、部品コストが高くなることが課題である。

また、排気温センサと排気圧センサが排気管に配設された内部ＥＧＲ制御装置においては、十分なスペースを確保できない環境で、配管、ハーネスとコネクタを配設する必要がある。すなわち、排気温センサと排気圧センサを取り付けるためのスペースを確保することが困難となる。

さらに、排気管にセンサを配置すると、排気管からの高熱が、センサの回路部に伝わることとなる。そこで、排気管からの熱影響を低減するために、センサを排気管から離して配置する等の対策が講じられている。

具体的には、ハーネス延長が必要になり、さらには、排気ガスの圧力を排気圧センサへ導入するための導圧管設置、センサやハーネスを固定するための部品が必要になる場合がある。従って、部品コストが高くなることが課題である。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来装置と比較して、安価で高精度な温度測定装置を得ることを目的とする。

本発明に係る温度測定装置は、一端を閉塞部とし、他端を開口部とする有底筒状を有し、熱源に直接的に接触して受熱される感温部が閉塞部側に配設されたケースと、赤外線を受光する受光面を有し、受光した赤外線を検出して電気信号として出力する赤外線温度検出部が、ケース内において感温部と対向するとともに離間して配設された赤外線温度センサ部と、赤外線温度センサ部からの出力である電気信号を赤外線温度センサ部に接続された接続配線を介して取得し、電気信号を信号処理して温度特性を補正することで温度情報を生成する回路部を内部に有し、温度情報を外部装置に出力する接続端子部とを有し、回路部を内部に有する接続端子部を、熱源から離れた位置に配置できる構成を備えるものである。

本発明によれば、回路部を熱源から離して配置する構成による熱影響低減の効果により、回路部周辺の構成を安価な材料ならびに部品にでき、さらに、回路部を構成する電子部品の温度特性変化が低減される。この結果、従来装置と比較して、安価で高精度な温度測定装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における温度測定装置の赤外線温度センサ部を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における温度測定装置の接続端子部を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における温度測定装置の回路図である。 本発明の実施の形態２における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における温度測定装置の回路図である。 本発明の実施の形態３における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における温度測定装置の回路図である。 本発明の実施の形態３に係る温度測定装置のＳＥＮＴ出力波形を示した図である。 本発明の実施の形態４における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る温度測定装置を排気管に取り付けた状態を示す、径方向の断面図である。 本発明の実施の形態４における温度測定装置の回路図である。

以下、本発明の温度測定装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態１における温度測定装置１ａは、赤外線エネルギーを熱として吸収して、吸収した熱による温度上昇を利用して温度情報を出力するものである。温度測定装置１ａは、筒状部２ａと赤外線温度センサ部４ａとを備えて構成されている。

筒状部２ａは、耐熱性を有する金属製であり、例えば、ステンレス鋼から作られている。そして、筒状部２ａは、一端を閉塞部とし、他端を開口部とする有底円筒状に形成されている。このような形状を有する筒状部２ａは、板材をプレス加工する、線材を冷間鍛造加工すること等によって形成される。

筒状部２ａの一部、すなわち、閉塞部側には、感温部３が形成されている。この感温部３は、熱源に直接的に接触して受熱される。

なお、筒状部２ａにおける感温部３としての薄肉部は、円筒部と一体に形成されているが、円筒部と別体で形成してもよい。別体で形成する場合には、薄肉に形成されて分離された部材を、円筒部の一端に溶接、ロウ付け、接着剤等によって接合する。さらに、分離された部材の材料として、円筒部よりも熱伝導のよい材料を選択することで、感温部の熱応答性をよくすることも可能である。

また、筒状部２ａの形成材料の一例であるステンレス鋼としては、耐熱性に優れるＳＵＳ３１０Ｓ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のオーステナイト系のステンレス鋼を用いることができる。あるいは、オーステナイト系のステンレス鋼の代わりに、熱伝導率の低いジルコニア系セラミック材料等の耐熱性の高い材料を用いてもい。また、強度的に問題なければ、熱応答性をよくするために、筒状部２ａをできるだけ薄肉に形成するほうがよい。

次に、ニップル５ａは、熱伝導が良好な金属材料、例えば、アルミニウム合金、ステンレス鋼、黄銅等の材料が用いられており、略円筒状部に形成されている。さらに、ニップル５ａは、外周面に雄ネジ部６を有し、端部に六角ナット部７を有しており、筒状部２ａの外周に回転自在に嵌挿されている。

排気管５０ａには、温度測定装置１ａを取り付けるための穴部が形成されている。そして、この穴部の一部に形成された雌ネジ部に雄ネジ部６を組み付けることで、温度測定装置１ａは、排気管５０ａに固定されている。

図２は、本発明の実施の形態１における温度測定装置の赤外線温度センサ部を示す断面図である。図２に示すように、赤外線温度センサ部４ａは、赤外線を検知するセンシング素子としてのサーモパイル素子１３と、温度補償用のセンシング素子としての感熱抵抗素子１４と、これらセンシング素子１３、１４を固定し、外部との接続を行うための基材４０と、サーモパイル素子１３の導光路にレンズを組み付けたキャップ４１により構成されている。

センシング素子１３、１４が収納されるように構成された赤外線温度センサ部４ａは、感温部３と対向するとともに離間して、筒状部２ａの開口部側に配設されて、筒状部２ａに固着されている。

サーモパイル素子１３は、基材４０上に実装された基板上に形成された熱電対から構成されている。そして、サーモパイル素子１３は、赤外線を受光することによって生じる起電力を、出力電圧として出力する。

また、感熱抵抗素子１４は、基材４０上に実装されている。この感熱抵抗素子１４は、温度の変化によって抵抗値が変化するものであり、その抵抗値により、サーモパイル素子１３の周囲温度を検出する。

キャップ４１は、金属製の略円筒状をなす形状であり、サーモパイル素子１３の導光路に円形状に開口した開口部を有している。そして、キャップ４１の開口部には、レンズ４２が組み付けられている。

基材４０の下面には、サーモパイル素子１３と感熱抵抗素子１４が配設されている。この基材４０には、４本のリード端子４３が上下に貫通して取り付けられている。そして、これらのリード端子４３と、サーモパイル素子１３および感熱抵抗素子１４の電極とが、ボンディングワイヤ４４ａによって接続されている。リード端子４３によって、サーモパイル素子１３および感熱抵抗素子１４への駆動電源の供給、および検出信号の送出がなされている。

なお、赤外線を検知するセンシング素子としては、サーモパイル素子１３以外にも、ボロメータ、赤外線ダイオード等の赤外線で温度を検知して信号を出力するセンシング素子を用いることができる。

また、温度補償用のセンシング素子としては、感熱抵抗素子１４の場合には、白金、パーマロイ、サーミスタ等の温度に対して抵抗値が変化する材料が良く知られている。ただし、感熱抵抗素子１４以外の熱電対、ダイオード等を温度補償用のセンシング素子として用いてもよい。

次に、接続配線部８ａは、４本のリード線４５を有して構成され、金属パイプや保護チューブによって被覆されて保護されている。さらに、４本のリード線４５のそれぞれの端部は、加締め端子４６ａの一端が加締めて固定されている。そして、加締め端子４６ａの他端は、溶接等の接合手段を用いて、基材の上面に配設された４本のリード端子４３と接続されている。

また、赤外線温度センサ部４ａを絶縁的に保持するためのシール部材９ａが、筒状部２の開口部側から取り付けられ、接続配線部８ａの被覆とともに筒状部２に固定されている。

また、接続配線部８ａは、一端が、赤外線温度センサ部４ａと接続されるとともに、他端が、接続端子部１０ａに接続されている。

図３は、本発明の実施の形態１における温度測定装置の接続端子部１０ａを示す断面図である。図３に示すように、接続端子部１０ａは、回路部１１ａが配設されている。そして、回路部１１ａは、ボンディングワイヤ４４ｂ等により、一端がコネクタ端子１２に接続され、他端が回路端子４７の一端に接続されている。

さらに、４本のリード線４５のそれぞれの端部は、加締め端子４６ｂの一端が加締めて固定されている。そして、加締め端子４６ｂの他端は、溶接等の接合手段を用いて、回路端子４７と接続されている。

また、接続端子部１０ａ内の回路部１１ａを絶縁的に保持するためのシール部材９ｂが、接続端子部１０ａの端部に取り付けられ、接続配線部８ａの被覆とともに接続端子部１０ａに固定されている。

また、図示しない外部回路（例えば、ＥＣＵ）から延びるハーネス等に取り付けられた端子は、接続端子部１０ａのコネクタ端子１２を介して、回路部１１ａと接続される。これにより、赤外線温度センサ部４ａの出力は、リード線４５、回路部１１ａ、コネクタ端子１２を介して、外部回路（例えばＥＣＵ）に送られる。

図４は、本発明の実施の形態１における温度測定装置の回路図である。図４に示す本実施の形態１における温度測定装置の回路図を参照し、回路部１１ａの動作について、詳細に説明する。

赤外線温度センサ部４ａ内のサーモパイル素子１３からの電圧出力の信号が、増幅回路２０ａにより増幅される。また、赤外線温度センサ部４ａ内の感熱抵抗素子１４には、定電流回路２１から電流が供給される。この結果、抵抗を電圧に変換した値に相当する感熱抵抗素子１４の両端の電圧出力の信号が、増幅回路２０ｂで増幅される。

増幅されたサーモパイル素子１３と感熱抵抗素子１４のそれぞれの電圧出力は、多重変換回路２２ａ（例えば、マルチプレクサ）に入力される。そして、多重変換回路２２ａは、あらかじめ決められた周期で、入力した信号を切り替えて、アナログ−デジタル変換回路２３ａに対して出力する。

アナログ−デジタル変換回路２３ａは、多重変換回路２２ａから受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号処理回路２４ａに対して出力する。この結果、デジタル信号処理回路２４ａは、サーモパイル素子１３により検出された感温部３の温度情報信号、および感熱抵抗素子１４により検出された赤外線温度センサ部４ａの温度情報信号を、デジタル信号として取得する。

そして、デジタル信号処理回路２４ａは、赤外線温度センサ部４ａの温度情報信号に基づいて、感温部３の温度情報信号の温度特性を補正する処理、信号の非線形性を線形に補正する処理、および出力を所望の特性に調整する処理、のそれぞれを実行する。

デジタル信号処理回路２４ａによって補正された補正値と出力調整された調整値は、記憶回路２５内に一旦記憶される。一旦記憶された補正値および調整値は、外部から調整用端子３３を介して記憶回路２５と通信することで、所望の値に設定変更された後、記憶回路２５に記憶される。記憶回路２５としては、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等が一般的に使用されているが、ＰＲＯＭやＥＰＲＯＭを使用してもよい。

また、記憶回路２５との通信方式としては、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が一般的に使用されているが、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｍｉｃｒｏｗｉｒｅ等を用いてもよい。

デジタル−アナログ変換回路２６ａは、デジタル信号処理回路２４ａで信号処理されたデジタル信号を、アナログ信号に変換する。アナログ信号に変換された信号は、出力インターフェース回路２７ａ（例えば、ボルテージフォロワ回路）に送られ、最終的な温度情報として電圧出力される。ここでは、出力形態について、アナログ電圧出力を採用する場合を説明したが、周波数出力やデジタル出力を採用することもできる。

なお、詳細な説明は省略するが、図４の回路部１１ａ内には、定電圧を供給するための定電圧回路２９と、基準電圧を供給するための基準電圧回路３０とが示されている。

以上のように、実施の形態１によれば、温度測定装置に含まれる回路部を、排気ガスにより高温となる排気管から離れた接続端子部内に構成することができる。このため、回路部は、高温に曝されることがなくなる。この結果、熱影響の低減により、回路部周辺に、安価な材料からなる構成部品を採用することができる。さらに、回路部の温度特性の影響を低減することができることから、安価で高精度な温度測定装置を提供することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。本実施の形態２における温度測定装置は、圧力測定装置と一体に構成されている点が先の実施の形態１と異なっている。そこで、この相違点を中心に、以下に説明する。

図５に示すように、本実施の形態２における温度測定装置１ｂは、接続端子部１０ｂ以外の構成は、先の実施の形態１と同じである。接続端子部１０ｂは、圧力測定装置１５と一体となり、圧力測定装置１５から受信した信号をコネクタ端子１２から出力するように構成されている。

本実施の形態２における排気管５０ｂは、圧力取出口５１が形成されている。一方、圧力測定装置１５が収納された接続端子部１０ｂは、圧力導入口１６ａが設けられている。そして、圧力測定装置１５は、圧力取出口５１と圧力導入口１６ａとを接続するチューブ１７を介して、排気管５０ｂの圧力を取得する。

図６は、本発明の実施の形態２における温度測定装置の回路図である。図６に示す本実施の形態２における温度測定装置の回路図を参照し、回路部１１ａおよび圧力測定装置１５の動作について、詳細に説明する。

圧力測定装置１５内の圧力検出部１８ａは、例えば、シリコン基板に形成されたダイヤフラム上の歪ゲージとして構成される。そして、この歪ゲージは、圧力変動によるダイヤフラムの歪を圧力情報として検出し、圧力情報を電圧値として出力する。なお、本実施の形態２では、歪ゲージにより圧力検出を行う方法について説明しているが、圧力検出方法は、歪ゲージに限定されるものではない。

圧力検出部１８ａの電圧出力は、増幅回路２０ｃで増幅される。増幅された電圧出力は、アナログ−デジタル変換回路２３ｂに送られる。さらに、アナログ−デジタル変換回路２３ｂによりアナログ信号からデジタル信号に変換された圧力情報信号は、デジタル信号処理回路２４ａに送られる。デジタル信号処理回路２４ｂは、温度特性を補正する処理、信号の非線形性を線形に補正する処理、および出力を所望の特性に調整する処理、を行う。

デジタル−アナログ変換回路２６ｂは、デジタル信号処理回路２４ｂで信号処理されたデジタル信号をアナログ信号に変換する。アナログ信号に変換された信号は、出力インターフェース回路２７ｂ（例えば、ボルテージフォロワ回路）に送られ、最終的な温度情報として電圧出力される。ここでは、出力形態について、アナログ電圧出力を採用する場合を説明したが、周波数出力やデジタル出力を採用することもできる。

このように、本実施の形態２における温度測定装置１ｂは、圧力測定装置１５が接続端子部１０ｂと一体に構成されている。このような構成を備えることで、圧力測定に関連するコネクタとハーネスを削減することができ、圧力測定装置１５と一体化された安価な温度測定装置１ｂを実現することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、圧力測定装置を温度測定装置の接続端子部内に配置し、圧力測定装置の回路部を温度測定装置の回路部に統合する構成を備えている。この結果、回路部品点数、コネクタ、ハーネスが削減され、圧力測定装置と一体化された安価な温度測定装置を提供することができる。

実施の形態３．
先の実施の形態２では、圧力測定装置と接続端子部１０ｂとを一体化する構成について説明した。これに対して、本実施の形態３では、圧力測定装置に含まれていた圧力検出部を取り出し、圧力信号の処理回路に関しては、回路部に組み込む構成について説明する。

図７は、本発明の実施の形態３における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。本実施の形態３における温度測定装置は、圧力測定装置と一体に構成される代わりに、圧力検出部と一体に構成されている点が、先の実施の形態２と異なっている。そこで、この相違点を中心に、以下に説明する。

図７に示すように、本実施の形態３における温度測定装置１ｃは、接続端子部１０ｃ以外の構成は、先の実施の形態１、２と同じである。接続端子部１０ｃは、圧力検出部１８ｂと一体となって構成されている。また、圧力検出部１８ｂからの信号は、回路部１１ｂを介してコネクタ端子１２から出力されるように構成されている。

本実施の形態３における排気管５０ｂは、先の実施の形態２と同様であり、圧力取出口５１が形成されている。一方、圧力検出部１８ｂが収納された接続端子部１０ｃは、先の実施の形態２と同様に、圧力導入口１６ａが設けられている。そして、圧力検出部１８ｂは、圧力取出口５１と圧力導入口１６ａとを接続するチューブ１７を介して、排気管５０ｂの圧力を取得する。

図８は、本発明の実施の形態３における温度測定装置の回路図である。図８に示す本実施の形態３における温度測定装置の回路図を参照し、回路部１１ｂおよび圧力検出部１８ｂの動作について、詳細に説明する。

圧力検出部１８ｂは、例えば、シリコン基板に形成されたダイヤフラム上の歪ゲージとして構成される。そして、この歪ゲージは、圧力変動によるダイヤフラムの歪を圧力情報として検出し、圧力情報を電圧値として出力する。なお、本実施の形態３では、歪ゲージにより圧力検出を行う方法を説明しているが、圧力検出方法は、歪ゲージに限定されるものではない。

本実施の形態３における回路部１１ｂは、先の実施の形態１、２で説明した回路部１１ａに対して、増幅回路２０ｄをさらに備えているとともに、デジタル−アナログ変換回路２６ａ、出力インターフェース回路２７ａの代わりに、ＳＥＮＴインターフェース回路３４を備えている。

赤外線温度センサ部４ａ内のサーモパイル素子１３からの電圧出力の信号が、増幅回路２０ａにより増幅される。また、赤外線温度センサ部４ａ内の感熱抵抗素子１４には、定電流回路２１から電流が供給される。この結果、抵抗を電圧に変換した値に相当する感熱抵抗素子１４の両端の電圧出力の信号が、増幅回路２０ｂで増幅される。さらに、圧力検出部１８ｂからの電圧出力の信号は、増幅回路２０ｄで増幅される。

増幅されたサーモパイル素子１３、感熱抵抗素子１４、および圧力検出部１８ｂのそれぞれの電圧出力は、多重変換回路２２ｂ（例えば、マルチプレクサ）に入力される。そして、多重変換回路２２ｂは、あらかじめ決められた周期で、入力した信号を切り替えて、アナログ−デジタル変換回路２３ｃに対して出力する。

アナログ−デジタル変換回路２３ｃは、多重変換回路２２ｂから受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号処理回路２４ｃに対して出力する。この結果、デジタル信号処理回路２４ｃは、サーモパイル素子１３により検出された感温部３の温度情報信号、感熱抵抗素子１４により検出された赤外線温度センサ部４ａの温度情報信号、および圧力検出部１８ｂにより検出された圧力情報信号を、デジタル信号として取得する。

そして、デジタル信号処理回路２４ｃは、赤外線温度センサ部４ａの温度情報信号に基づいて、感温部３の温度情報信号の温度特性を補正する処理、信号の非線形性を線形に補正する処理、出力を所望の特性に調整する処理、圧力検出部１８ｂの圧力情報信号の温度特性を補正する処理、信号の非線形性を線形に補正する処理、および出力を所望の特性に調整する処理、のそれぞれを実行する。

デジタル信号処理回路２４ｃによって補正された補正値と出力調整された調整値は、記憶回路２５内に一旦記憶される。一旦記憶された補正値および調整値は、外部から調整用端子３３を介して記憶回路２５と通信することで、所望の値に設定変更された後、記憶回路２５に記憶される。記憶回路２５としては、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ等が一般的に使用されているが、ＰＲＯＭやＥＰＲＯＭを使用してもよい。

また、記憶回路２５との通信方式としては、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）が一般的に使用されているが、ＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）、Ｍｉｃｒｏｗｉｒｅ等を用いてもよい。

ＳＥＮＴインターフェース回路３４は、デジタル信号処理回路２４ｃで信号処理されたデジタル信号に対して、温度測定装置の温度信号と圧力測定装置の圧力信号を重畳する。さらに、ＳＥＮＴインターフェース回路３４は、重畳後の信号を、米国自動車技術会規格ＳＡＥ−Ｊ２７１６に準拠したＳＥＮＴ方式によるパルス信号を形成するようにして、伝送する。なお、「ＳＥＮＴ」とは、Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｄｇｅ Ｎｉｂｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ（シングルエッジニッブル伝送）のことである。

図９は、本発明の実施の形態３に係る温度測定装置のＳＥＮＴ出力波形を示した図である。ＳＥＮＴインターフェース回路３４から出力される信号は、図９に示すような０Ｖと５Ｖとを繰り返すパルス信号である。また、この信号は、先頭から順に、同期データを表す同期パルス、ステータスデータを表すステータスパルス、圧力情報データを表す３つの通信データパルス、温度情報データを表す３つの通信データパルス、誤り検出データを表す誤り検出パルス、および１周期を所定時間とするためのポーズパルスから構成されている。

図９において、時間軸の単位は、[ｔｉｃｋ]である。本実施の形態１では、例えば、
１[ｔｉｃｋ]＝３[μｓ]
に設定されている。

図９に示すように、パルス信号は、電圧が立ち下がるときに所定の閾値を通過する時点から、電圧が立ち上がった後に再び立ち下がるときに閾値を通過する時点までが一区切りである。さらに、図９に示すパルス信号は、対応するデータのビット列が示す数値が１大きくなる毎に、パルス周期が所定時間長くなるように設定されている。

なお、上述した本実施の形態３では、センサ装置とＥＣＵの間の通信方式として、車載ＬＡＮの通信方式で一般に普及しているＳＥＮＴについて説明した。しかしながら、本発明は、この通信方式に限定されるものではない。ＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｉ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＰＳＩ５（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｓｅｎｓｏｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ５）等の通信方式を用いてシリアル伝送してもよい。

このように、本実施の形態３における温度測定装置１ｃは、圧力検出部１８ｂが接続端子部１０ｃと一体に構成されており、圧力測定に関する回路部を回路部１１ｂ内に統合することができる。このような構成を備えることで、圧力測定に関連する回路部品点数、コネクタとハーネスを削減することができ、圧力検出部と一体化された安価な温度測定装置１ｃを実現することができる。

さらに、出力形態をシリアル出力とすることでも、コネクタ端子とハーネスをさらに削減することができる。この結果、安価で通信の信頼性が高く、高精度な、温度測定装置１ｃを提供することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、圧力検出部を温度測定装置の接続端子部内に配設し、回路部によって直接、排気圧を測定する構成を備えている。この結果、圧力変動に対する応答性が改善され、高精度な圧力測定と一体化された温度測定装置を提供することができる。

実施の形態４．
先の実施の形態１では、圧力検出部を回路部と一体構成する場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、圧力検出部を赤外線温度センサ部の近傍に設ける場合について説明する。

図１０は、本発明の実施の形態４における、排気管に取り付けられた状態の温度測定装置を示す断面図である。本実施の形態４における温度測定装置は、赤外線温度センサ部４ｂに隣接して圧力検出部を配設することで、圧力検出部と一体に構成されている点が、先の実施の形態３と異なっている。そこで、この相違点を中心に、以下に説明する。

図１０に示すように、本実施の形態４における温度測定装置１ｄは、圧力検出部１８ｂを赤外線温度センサ部４ｂに配設するとともに、筒状部２ｂに圧力導入口１６ｂおよび空洞部１９を設けている構成以外は、先の実施の形態１と同じである。なお、圧力検出部１８ｂからの信号は、接続配線部８ｂ、回路部１１ｂを介して、コネクタ端子１２から出力されるように構成されている。

図１１は、本発明の実施の形態４に係る温度測定装置を排気管に取り付けた状態を示す、径方向の断面図である。図１１に示すように、圧力導入口１６ｂは、筒状部２ｂに直径１ｍｍ程度の通路を形成することで設けられている。圧力導入口１６ｂは、図１０に示したように、排気管５０ｃの穴部内で排気管５０ｃに開口している。そして、圧力検出部１８ｂは、圧力導入口１６ｂを通過する排気圧を検出している。

また、筒状部２ｂは、図１１に示すように、赤外線温度センサ部４ｂの外周側に空洞部１９が設けられている。このような空洞部１９を設けることにより、筒状部２ｂを介して、排気管５０ｃから赤外線温度センサ部４ｂならびに圧力検出部１８ｂへ伝わる熱影響を低減することができる。

図１２は、本発明の実施の形態４における温度測定装置の回路図である。図１２に示す本実施の形態４における温度測定装置の回路図を参照し、赤外線温度センサ部４ｂに配設された圧力検出部１８に関連する動作を中心に、詳細に説明する。なお、図１２における回路部１１ｂは、先の実施の形態３で説明した図８の回路部１１ｂと同一である。

赤外線温度センサ部４ｂ内のサーモパイル素子１３からの電圧出力の信号は、増幅回路２０ａにより増幅される。また、赤外線温度センサ部４ａ内の感熱抵抗素子１４には、定電流回路２１から電流が供給される。この結果、抵抗を電圧に変換した値に相当する感熱抵抗素子１４の両端の電圧出力の信号が、増幅回路２０ｂで増幅される。さらに、赤外線温度センサ部４ａ内に設けられた圧力検出部１８ｂからの電圧出力の信号は、増幅回路２０ｄで増幅される。

増幅されたサーモパイル素子１３、感熱抵抗素子１４、および圧力検出部１８ｂのそれぞれの電圧出力は、多重変換回路２２ｂ（例えばマルチプレクサ）に入力される。そして、多重変換回路２２ｂは、あらかじめ決められた周期で、入力した信号を切り替えて、アナログ−デジタル変換回路２３ｃに対して出力する。

アナログ−デジタル変換回路２３ｃは、多重変換回路２２ｂから受信したアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号処理回路２４ｃに対して出力する。この結果、デジタル信号処理回路２４ｃは、サーモパイル素子１３により検出された感温部３の温度情報信号、感熱抵抗素子１４により検出された赤外線温度センサ部４ｂの温度情報信号、および圧力検出部１８ｂにより検出された圧力情報信号を、デジタル信号として取得する。

そして、デジタル信号処理回路２４ｃは、赤外線温度センサ部４ｂの温度情報信号に基づいて、感温部３の温度情報信号の温度特性を補正する処理、信号の非線形性を線形に補正する処理、出力を所望の特性に調整する処理、赤外線温度センサ部４ｂの温度情報信号に基づいて圧力検出部１８ｂの圧力情報信号の温度特性を補正する処理、信号の非線形性を線形に補正する処理、および出力を所望の特性に調整する処理、のそれぞれを実行する。

デジタル信号処理回路２４ｃによって補正された補正値と出力調整された調整値は、記憶回路２５内に一旦記憶される。一旦記憶された補正値および調整値は、外部から調整用端子３３を介して記憶回路２５と通信することで、所望の値に設定変更された後、記憶回路２５に記憶される。

ＳＥＮＴインターフェース回路３４は、デジタル信号処理回路２４ｃで信号処理されたデジタル信号に対して、温度測定装置の温度信号と圧力測定装置の圧力信号を重畳する。さらに、ＳＥＮＴインターフェース回路３４は、重畳後の信号を、ＳＥＮＴ方式によるパルス信号を形成するようにして、伝送する。

このように、本実施の形態４における温度測定装置１ｄは、圧力検出部１８ｂを赤外線温度センサ部４ｂに組み込まれるように構成されている。具体的には、筒状部２ｂに設けられた圧力導入口１６ｂを介して、圧力検出部１８ｂに圧力が導入される構成となっている。

このような構成を備えることで、チューブを介することなく、直接、排気管５０ｂからの排気圧を測定することができる。この結果、圧力変動に対する応答性を改善することができ、高精度な圧力測定と一体化された温度測定装置１ｄを提供することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、圧力検出部を赤外線温度センサ部内に配設し、直接、排気管からの排気圧を測定する構成を備えている。この結果、圧力変動に対する応答性が改善され、高精度な圧力測定と一体化された温度測定装置を提供することができる。

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 温度測定装置、２ａ、２ｂ 筒状部（ケース）、３ 感温部、４a、４ｂ 赤外線温度センサ部、８ａ、８ｂ 接続配線部、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ 接続端子部、１１ａ、１１ｂ 回路部、１５ 圧力測定装置、チューブ（圧力配管）、１８ａ、１８ｂ 圧力検出部、５０ａ、５０ｂ、５０ｃ 排気管（熱源）。

本発明に係る温度測定装置は、一端を閉塞部とし、他端を開口部とする有底筒状を有し、熱源に直接的に接触して受熱される感温部が閉塞部側に配設されたケースと、赤外線を受光する受光面を有し、受光した赤外線を検出して電気信号として出力する赤外線温度検出部が、ケース内において感温部と対向するとともに離間して配設された赤外線温度センサ部と、赤外線温度センサ部からの出力である電気信号を赤外線温度センサ部に接続された接続配線を介して取得し、電気信号を信号処理して温度特性を補正することで温度情報を生成する回路部を内部に有し、温度情報を外部装置に出力する接続端子部とを有し、前記接続配線は、前記赤外線温度センサ部を絶縁的に保持するためのシール部材によって、前記ケースの前記開口部に被覆されて固定され、回路部を内部に有する接続端子部は、前記接続配線を介して前記ケース内に絶縁配置された前記赤外線温度センサ部と接続されるものである。

Claims (5)

1. 一端を閉塞部とし、他端を開口部とする有底筒状を有し、熱源に直接的に接触して受熱される感温部が前記閉塞部側に配設されたケースと、
   赤外線を受光する受光面を有し、受光した赤外線を検出して電気信号として出力する赤外線温度検出部が、前記ケース内において前記感温部と対向するとともに離間して配設された赤外線温度センサ部と、
   前記赤外線温度センサ部からの出力である前記電気信号を前記赤外線温度センサ部に接続された接続配線を介して取得し、前記電気信号を信号処理して温度特性を補正することで温度情報を生成する回路部を内部に有し、前記温度情報を外部装置に出力する接続端子部と
   を有し、
   前記回路部を内部に有する前記接続端子部を、前記熱源から離れた位置に配置できる構成を備える温度測定装置。
2. 圧力配管を介して前記熱源と接続され、前記熱源の圧力を測定し、測定した前記圧力から圧力情報を生成する圧力測定装置をさらに備え、
   前記接続端子部は、前記回路部と前記圧力測定装置を内部に有した一体構造として構成され、前記温度情報と前記圧力情報を前記外部装置に出力する
   請求項１に記載の温度測定装置。
3. 圧力配管を介して前記熱源と接続され、前記熱源の圧力を測定する圧力検出部をさらに備え、
   前記接続端子部は、
   前記回路部と前記圧力検出部を内部に有した一体構造として構成され、
   前記回路部は、前記圧力検出部で測定された前記圧力から圧力情報を生成する回路と、前記温度情報を生成する回路を有し、
   前記回路部で生成された前記温度情報と前記圧力情報を前記外部装置に出力する
   請求項１に記載の温度測定装置。
4. 圧力配管を介して前記熱源と接続され、前記熱源の圧力を測定し、圧力信号を出力する圧力検出部をさらに備え、
   前記赤外線温度センサ部と前記圧力検出部は、一体構造として構成され、
   前記接続端子部は、
   前記電気信号とともに前記圧力信号を前記赤外線温度センサ部に接続された前記接続配線を介して取得し、
   前記回路部において、前記圧力信号を信号処理することで圧力情報を生成し、
   前記回路部で生成された前記温度情報と前記圧力情報を前記外部装置に出力する
   請求項１に記載の温度測定装置。
5. 前記回路部は、前記温度情報と前記圧力情報をシリアル伝送にて出力するインターフェース回路を有する
   請求項３または４に記載の温度測定装置。

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