JP2023127808A - 温度センサ - Google Patents
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Abstract
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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(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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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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