JP2023127808A - 温度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度出力の補正を簡単な構造で行うことができ、安価で測定精度が高い温度センサを提供する。
【解決手段】測温抵抗体２と、測温抵抗体２に抵抗変更部１１を介して接続された温度計測用の回路１２を有するプリント基板４とを備える。抵抗変更部１１は、抵抗値が異なる複数の導体パターン（第１～第３の導体パターン２１～２３）によって構成されている。複数の導体パターンのうち何れか一つを用いて測温抵抗体２と温度計測用の回路１２とが接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測温抵抗体を用いて温度を測定する温度センサに関する。

従来、測温抵抗体を用いる温度センサとしては、測温抵抗体が実装されたプリント基板と、プリント基板を収容する筐体とを備えているものがある。この種の温度センサの筐体は、通気孔を有し、筐体外の空気が通気孔を通って筐体内に入ることができるように形成されている。この温度センサによれば、筐体外の空気の熱が測温抵抗体に伝達されることによって、筐体外の温度を測定することができる。

しかし、筐体内には電源回路などの熱源があり、この熱源の熱で筐体内の空気の温度が上昇するために、測温抵抗体によって測定される温度が筐体外の温度より高くなってしまうことがある。また、測温抵抗体の抵抗値は個体毎にばらつきがあるために、筐体内の温度が筐体外の温度と同一であったとしても、測温抵抗体によって測定された温度が筐体外の温度とは異なってしまうことがある。
このような温度出力の精度が低くなる不具合は、特許文献１や特許文献２に記載されているように測温抵抗体と温度補正用の電子部品とを組み合わせて温度出力を補正することにより、ある程度は解消することができる。

特開昭５７－４１７９８号公報 特開２０１８－５４３５１号公報

しかしながら、特許文献１や特許文献２に示すように、温度出力を補正するにあたって電子部品を使用すると、温度センサの構成が複雑になってしまい、温度センサを簡単に製造することは難しくなる。温度出力の精度を改善するために、筐体内の温度上昇を相殺できる抵抗値の測温抵抗体を選別して使用することも考えられるが、部品選別を行う作業の作業工数が多くなり、コストアップになってしまう。

本発明の目的は、温度出力の補正を簡単な構造で行うことができ、安価で測定精度が高い温度センサを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明に係る温度センサは、測温抵抗体と、前記測温抵抗体に抵抗変更部を介して接続された温度計測用の回路を有するプリント基板とを備え、前記抵抗変更部は、抵抗値が異なる複数の導体パターンによって構成され、前記複数の導体パターンのうち何れか一つを用いて前記測温抵抗体と前記温度計測用の回路とが接続されているものである。

本発明は、前記温度センサにおいて、導体パターンの測温抵抗体側となる一端部はスルーホールによって形成され、前記スルーホールに前記測温抵抗体のリードが挿入されて半田付けされていてもよい。

本発明は、前記温度センサにおいて、前記導体パターンは、前記プリント基板の外面に形成されて前記スルーホールに接続された外層部と、前記プリント基板の内部に形成されて前記スルーホールに接続された内層部との少なくとも何れか一方を用いて形成されていてもよい。

本発明は、前記温度センサにおいて、前記導体パターンは、前記プリント基板の外面に形成されて前記スルーホールに接続された外層部と、前記プリント基板の内部に形成されて前記スルーホールに接続された内層部とを有し、前記外層部と前記内層部との厚みが異なっていてもよい。

本発明によれば、測温抵抗体の抵抗値のばらつきや、温度抵抗体の周辺の温度の影響を相殺可能な抵抗値の導体パターンを選んで使用することにより、温度出力を補正することができる。したがって、温度出力の補正を簡単な構造で行うことができ、安価で測定精度が高い温度センサを提供することができる。

図１は、本発明に係る温度センサの概略の構成を示す平面図である。 図２は、導体パターンの平面図である。 図３は、導体パターンの端部を破断して示す断面図である。

以下、本発明に係る温度センサの一実施の形態を図１～図３を参照して詳細に説明する。
図１に示す温度センサ１は、図１において最も左に描かれている測温抵抗体２を使用して温度を測定するもので、筐体３と、筐体３の中に収容されたプリント基板４などを備えている。

この実施の形態による測温抵抗体２は、３導線式の白金測温抵抗体で、Ａ端子となる第１のリード５と、Ｂ１端子となる第２のリード６と、Ｂ２端子となる第３のリード７とを備えている。第１のリード５は、後述する抵抗変更部１１を介してプリント基板４の温度計測用の回路１２に接続されている。第２のリード６と第３のリード７は、温度計測用の回路１２の一部となる配線パターン１３，１４に接続されている。第１のリード５は、抵抗変更部１１に形成されたスルーホール１５に挿入されて半田付けされ、第２および第３のリード６，７は、配線パターン１３，１４に形成されたスルーホール１６に挿入されて半田付けされている。

筐体３は、詳細には図示してはいないが、通気孔を有し、空気が通気孔を通って筐体３に対して出入りできるように構成されている。
抵抗変更部１１は、図２に示すように、複数の導体パターン２１～２３によって構成されている。この実施の形態による抵抗変更部１１は、３つの導体パターン、すなわち第１～第３の導体パターン２１～２３を備えている。これらの第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４に設けられた銅箔によって形成されており、個々の抵抗値が予め定められた所定の値となるように形成されている。第１～第３の導体パターン２１～２３の抵抗値は互いに異なっている。

第１～第３の導体パターン２１～２３を予め定めた抵抗値となるように形成するにあたっては、長さと断面積とを変えて行っている。第１の導体パターン２１は、第２の導体パターン２２より長く、第２の導体パターン２２は第３の導体パターン２３より長い。第１～第３の導体パターン２１～２３の断面積は、長手方向とは直交する方向の幅と、厚みとによって規定される。第１の導体パターン２１の幅は、第２の導体パターン２２の幅より広く、第２の導体パターン２２の幅は、第３の導体パターン２３の幅より広い。

第１～第３の導体パターン２１～２３の厚みは、図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、プリント基板４の厚み方向に層をなすように第１～第３の導体パターン２１～２３を形成することにより所望の寸法に設定されている。この場合、プリント基板４は、詳細には図示してはいないが、複数の板材を積層して形成される。
図３（Ａ）に示す第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４の表面に形成されたパターン２４と裏面に形成されたパターン２５とからなる外層部２６と、プリント基板４の内部に２層に形成された二つのパターン２７，２８からなる内層部２９と、外層部２６と内層部２９とを電気的に接続するスルーホール１５とによって構成されている。

外層部２６の二つのパターン２４，２５は厚みが互いに等しくなるように形成されている。内層部２９の二つのパターン２７，２８は、厚みが互いに等しくなるように形成されている。内層部２９のパターン２７，２８の厚みは、外層部２６のパターン２４，２５厚みより薄い。外層部２６のパターン２４，２５と内層部２９のパターン２７，２８の平面形状（プリント基板４の主面とは直交する方向から見た形状）は同一で、図２に示す第１～第３の導体パターン２１～２３のうちのいずれか一つの導体パターンの形状である。なお、全てのパターン２４，２５，２７，２８の平面形状を異なるように形成することもできる。
スルーホール１５は、測温抵抗体２の第１～第３のリード５～７を個々に挿入することができるように形成されている。第１～第３の導体パターン２１～２３の両端部にはそれぞれスルーホール１５が形成されている。

図３（Ｂ）に示す第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４の表面に形成されたパターン２４と、裏面に形成されたパターン２５と、これらのパターン２４，２５を接続するスルーホール１５とによって構成されている。
図３（Ｃ）に示す第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４の内部に形成された二つのパターン２７，２８と、これらのパターン２７，２８を接続するスルーホール１５とによって構成されている。

図３（Ｄ）に示す第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４の表面および裏面に形成されたパターン２４，２５からなる外層部２６と、プリント基板４の内部に形成されたパターン２７，２８からなる内層部２９と、スルーホール１５とによって構成されている。内層部２９を構成するパターン２７，２８の厚みは、外層部２６を構成するパターン２４，２５の厚みと等しい。

図３（Ａ）～（Ｄ）に示すように、第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４の外面に形成されてスルーホール１５に接続された外層部２６と、プリント基板４の内部に形成されてスルーホール１５に接続された内層部２９との少なくとも何れか一方を用いて形成されている。

図１に示す温度センサにおいては、第１の導体パターン２１の測温抵抗体２側となる一端部に形成されたスルーホール１５に測温抵抗体２の第１のリード５が挿入されて半田付けされている。第１の導体パターン２１の他端部、すなわちプリント基板４の温度計測用の回路１２側となる端部に形成されたスルーホール１５は、配線３１が挿入されて半田付けされている。この配線３１は、第１の導体パターン２１と温度計測用の回路１２とを接続している。
第２の導体パターン２２および第３の導体パターン２３の両端部に形成されたスルーホール１５は、この実施の形態では何も接続されていない。

第１～第３の導体パターン２１～２３を形成する際の一例を表１に示す。

第１～第３の導体パターン２１～２３を形成するにあたり用いた銅の電気抵抗率は、１．６８Ｅ－０８Ωｍ、温度係数は０．００４３／℃、環境温度は２５℃である。
表１に示す第１の導体パターン２１は、外層部２６のみによって構成され、長さが０．０５ｍ、幅が０．００１ｍ、厚みが０．００００４ｍである。
表１に示す第２の導体パターン２２は、内層部２９のみによって構成され、長さが０．２ｍ、幅が０．００４ｍ、厚みが０．００００３１ｍである。
表１に示す第３の導体パターン２３は、内層部２９のみによって構成され、長さが０．２ｍ、幅が０．００１ｍ、厚みが０．００００３１ｍである。
表１に示すように形成された第１～第３の導体パターン２１～２３の抵抗値を表２に示す。

表２に示すように、第１の導体パターン２１の抵抗値は約０．０２Ωとなり、第２の導体パターン２２の抵抗値は約０．２８Ωとなり、第３の導体パターン２３の抵抗値は約１．１１Ωとなる。

このように第１～第３の導体パターン２１～２３が形成されたプリント基板４に測温抵抗体２を実装するにあたっては、第１～第３の導体パターン２１～２３のうちの一つを選び、その導体パターンの一端部に第１～第３のリード５～７のうちの一つのリードを半田付けする。第１～第３の導体パターン２１～２３を選択するにあたっては、抵抗値が最適となるような導体パターンを選ぶ。ここでいう最適な抵抗値とは、実装する測温抵抗体２の製造誤差が相殺されるような抵抗値であり、プリント基板４が収容される筐体３の内部の温度上昇に起因する測定誤差が相殺されるような抵抗値である。

例えば、実装する測温抵抗体２の実際の抵抗値が設計上の抵抗値より小さい場合、この抵抗値の差に相当する抵抗値に近い抵抗値となる導体パターンを選択する。また、３導線式の測温抵抗体２の場合、例えばＡ端子となる第１のリード５を接続する導体パターンを変えることにより、温度センサ１の測定結果となる温度を変えることができるから、使用時の筐体３内の温度の予測値に基づいて第１～第３の導体パターン２１～２３の中から一つを選ぶ。
このように、測温抵抗体２の抵抗値のばらつきや、温度抵抗体の周辺の温度の影響を相殺可能な抵抗値の導体パターンを選んで使用することにより、測温抵抗体２の温度出力を補正することができる。
したがって、この実施の形態によれば、温度出力の補正を簡単な構造で行うことができ、安価で測定精度が高い温度センサを提供することができる。

この実施の形態による第１～第３の導体パターン２１～２３の測温抵抗体２側となる一端部はスルーホール１５によって形成されている。このスルーホール１５に測温抵抗体２の第１のリード５が挿入されて半田付けされている。このため、測温抵抗体２と第１～第３の導体パターン２１～２３との間の抵抗を最小とすることができるから、温度出力の補正を高い精度で行うことができる。

この実施の形態による第１～第３の導体パターン２１～２３は、プリント基板４の外面に形成されてスルーホール１５に接続された外層部２６と、プリント基板４の内部に形成されてスルーホール１５に接続された内層部２９との少なくとも何れか一方を用いて形成されている。このため、第１～第３の導体パターン２１～２３の断面積（抵抗値）を設定するにあたって自由度が高くなる。
特に、図３（Ａ）に示すように外層部２６と内層部２９とで厚みを変えることにより、断面積の設定幅がより一層広くなり、抵抗値を設定するうえで自由度がより一層高くなる。

上述した実施の形態においては３つの導体パターン（第１～第３の導体パターン２１～２３）を使用する例を示したが、導体パターンの数は適宜変更することができる。
また、上述した実施の形態においては、３導線式の測温抵抗体２のＡ端子となる第１のリード５に接続する導体パターンを選択する例を示したが、Ｂ１端子、Ｂ２端子となる第２、第３のリード６，７に接続する導体パターンを選択するように構成することもできる。

１…温度センサ、２…測温抵抗体、４…プリント基板、５…第１のリード、６…第２のリード、７…第３のリード、１１…抵抗変更部、１２…温度計測用の回路、１５…スルーホール、２１…第１の導体パターン、２２…第２の導体パターン、２３…第３の導体パターン、２６…外層部、２９…内層部。

Claims (4)

1. 測温抵抗体と、
   前記測温抵抗体に抵抗変更部を介して接続された温度計測用の回路を有するプリント基板とを備え、
   前記抵抗変更部は、抵抗値が異なる複数の導体パターンによって構成され、
   前記複数の導体パターンのうち何れか一つを用いて前記測温抵抗体と前記温度計測用の回路とが接続されていることを特徴とする温度センサ。
2. 請求項１に記載の温度センサにおいて、
   導体パターンの測温抵抗体側となる一端部はスルーホールによって形成され、
   前記スルーホールに前記測温抵抗体のリードが挿入されて半田付けされていることを特徴とする温度センサ。
3. 請求項２に記載の温度センサにおいて、
   前記導体パターンは、
   前記プリント基板の外面に形成されて前記スルーホールに接続された外層部と、
   前記プリント基板の内部に形成されて前記スルーホールに接続された内層部との少なくとも何れか一方を用いて形成されていることを特徴とする温度センサ。
4. 請求項２に記載の温度センサにおいて、
   前記導体パターンは、
   前記プリント基板の外面に形成されて前記スルーホールに接続された外層部と、
   前記プリント基板の内部に形成されて前記スルーホールに接続された内層部とを有し、
   前記外層部と前記内層部との厚みが異なっていることを特徴とする温度センサ。

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