JP2664192B2 - 温度センサ用シリコンダイオードの選定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、温度センサ用のシリコンダイオードを選定
する方法に関する。

［従来の技術］ 従来、温度を測定する方法として巻線形金属抵抗温度
センサ（以下では測温抵抗体と称する）等が一般工業計
測の分野で使用されていた。この測定抵抗体は、構造上
震動に弱く，高価である上、微小電流では低出力である
ために高性能なアンプ等でアナログ処理しなければなら
ず、電流が多少なりとも変化するとその変化に応じて出
力電圧も変化してしまう。このような問題をもたない温
度センサとしてシリコンダイオードを検出素子としたも
のがある。周知の如く、０℃〜120℃の温度条件下での
シリコンダイオードの順方向電圧は、100℃以上の広い
温度幅でほぼ直線的に変化する。この温度依存性を利用
し、かつ電子回路による温度補償を行うようにしたの
が、シリコンダイオード型の温度センサである。

［発明が解決しようとする課題］ 一般にシリコンダイオードを温度検出素子として用い
た温度センサ、直線性にはすぐれているが、同じ電流を
流した場合でも、各ダイオードの温度に対する電圧値の
傾きおよびレベルがバラバラであり、特性上のバラツキ
が大きく互換性に乏しいという欠点があった。

そこで本発明は、特性上のバラツキが少なく互換性に
富んだ温度センサを容易かつ安価に得ることを可能なら
しめる温度センサ用シリコンダイオードの選定方法を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決し目的を達成するために次の
ような手段を講じた。すなわち、シリコンダイオード単
体の温度・電圧特性を測定し、その平均値を求め、この
平均値に基づいてシリコンダイオードを予め定められた
個数だけ直列に接続したときに得られる温度・電圧特性
の基準値を求め、この基準値に対する平行移動許容誤差
および傾き許容誤差の範囲を設定し、前記測定されたシ
リコンダイオード単体の温度・電圧特性を定められた個
数分だけ加算し、この加算値が前記各許容誤差の範囲内
にあるとき、そのシリコンダイオードの組合わせを温度
センサの感温部として選定するようにした。

［作用］ 上記手段を講じたことにより次のような作用を奏す
る。すなわち、二つ以上のシリコンダイオードを直列に
接続して感温部を構成した場合に、温度・電圧値特性が
常に許容範囲にあるシリコンダイオードの組合わせが容
易に得られるので、特性上のバラツキがなく、互換性に
すぐれた温度センサを容易かつ安価に得ることが可能と
なる。

［実施例］ 第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の一実施例の方法
によって得られた温度センサの概略的構成を示す図であ
る。第１図（ａ）に示すように温度センサ10は装着機構
11にセンサ部12を取付けたものとなっている。センサ部
12は保護管13の内部に感温部14に収容したものである。
保護管13は機械的，化学的衝撃から感温部14を保護する
ためのものである。第１図（ｂ）（ｃ）に示すように、
感温部14は保護管13の先端部近傍に２個のシリコンダイ
オード15a,15bを直列に接続して納められており、端子1
6,17から温度センサ10の外にセンサ信号を導出可能なよ
うに設けられている。

第２図は上記感温部14の等価回路を示す図で、図示の
如く、２個のシリコンダイオード15a,15bが極性を一致
させて直列に接続されている。

第３図〜第５図は上記シリコンダイオード15a,15bの
組合わせを決定する上で必要なシリコンダイオードの特
性を示した図である。

第３図に示す直線C1はシリコンダイオードの低温TLに
対する電圧と高温THに対する電圧を数多く測定し、高
温，低温時におけるシリコンダイオードの両端電圧の平
均値SH,SLを算出して得た直線である。また直線C2は二
つのシリコンダイオードを直列に接続した場合を想定し
て上記各値SH,SLをそれぞれ２倍し、低温基準値KL,高温
基準値KHを求めて得た直線である。

第４図は、第３図に示した温度・電圧基準直線C2の上
下に許容範囲を示す直線A,Bを設けた状態を示す図であ
る。任意に選んだ二つのシリコンダイオードを直列に接
続した場合の端子16,17間に発生する電圧は、温度・電
圧基準直線C2を中心として直線A,Bの範囲すなわち平行
移動許容差±JD内に入る必要がある。このことは温度セ
ンサ10の感温部14として組込むことのできるシリンダダ
イオード15a,15bの第１の条件を示している。上記JDの
値は4mV程度であることが望ましい。

第５図は温度・電圧基準直線C2の上下に許容傾斜範囲
を示す直線E,Fを設けた状態を示す図である。任意に選
んだ二つのシリコンダイオードを直列に接続した場合の
端子16,17間に発生する電圧は、温度・電圧基準直線C2
に対し直線E,Fの範囲すなわち傾き許容差±JK以内に入
る必要がある。このことは温度センサ10の感温部14とし
て組込むことのできるシリコンダイオード15a,15bの第
２の条件を示している。

次に第６図〜第８図のフロー図を適時参照して、上記
第１の条件および第２の条件に適合する二つのシリコン
ダイオード15a,15bを選定する方法について説明する。

第６図は感温部14を構成するためのシリコンダイオー
ド15a,15bの高温TH,低温TLの時に測定した電圧H,電圧
Ｌ、の二つのシリコンダイオード選定のための閾値であ
る高温基準値KH,低温基準値KL,平行移動許容差JD,傾き
許容差JKを演算処理器（不図示）に入力するためのフロ
ー図である。

［ステップ１］（図示のSt.1に相当、以下同じ） 感温部14を構成するために用意されたシリコンダイオ
ードの数を演算処理器の変数Ｎとして入力する。

［ステップ２］ 感温部14を構成するために用意されたシリコンダイオ
ードの高温THにおける電圧値Ｈをラベル付けしながら演
算処理器に入力する。

［ステップ３］ ステップ２で入力したシリコンダイオードと同じシリ
コンダイオードの低温TLにおける電圧値Ｌをラベル付け
しながら演算処理器に入力する。

［ステップ４］ ステップ2,3では、入力した高温TH,低温TLの時の電圧
がＮ個内のどのシリコンダイオードの値であるかが後で
判別できるようにラベル付けしたが、このラベル番号
は、本ステップで１〜Ｎ番まで順次割振って与えられ
る。

［ステップ５］ Ｎ個のシリコンダイオードの全てに対してステップ２
〜４の処理が行われたか否かを判定する。処理が終了し
ていない場合は、終了するまでステップ２〜３〜４の処
理が繰返し行われ、終了したと判断された時にはステッ
プ６以降へと進む。

ステップ６〜９では、二つのシリコンダイオードを直
列に接続して感温部14を構成する場合に対応して、二つ
のシリコンダイオードの選定条件を処理演算器に入力す
る。

［ステップ６］ 多くのシリコンダイオードに対して、高温時における
シリコンダイオードの両端に生じる電圧をまえもって測
定し、シリコンダイオードを二つ直列に接続することか
ら上記測定電圧の平均的な電圧SHを２倍し、これを高温
基準値KHとして演算処理器に入力する。

［ステップ７］ ステップ６と同様に、低温時におけるシリコンダイオ
ードの両端に生じる電圧をまえもって測定し、その電圧
の平均的な電圧SLの２倍の値を低温基準値KLとして演算
処理器に入力する。

［ステップ８］ 任意に選定した二つのシリコンダイオードを直列に接
続して感温部14を構成する場合、温度センサ10の示す温
度を許容誤差内におさめるために、感温部14の温度・電
圧直線が温度・電圧基準直線C2と平行移動差で±JD以下
であることが必要である。そこで平行移動許容差JDを演
算処理器に入力する。

［ステップ９］ 同じく温度センサ10の示す温度を許容誤差におさめる
ために、感温部14の温度・電圧直線が温度・電圧基準直
線C2と傾き差で±JK以下であることが必要である。

そこで傾き許容差JKを演算処理器に入力する。

第７図は、温度センサ10を構成する上で感温部14が示
す温度に相当する電圧値が許容誤差の範囲内に入るよう
なシリコンダイオード15を選定するための処理を示すフ
ロー図である。なおシリコンダイオード15の実質的な選
定は選定処理ブロックSBで行われるがこの点については
第８図で説明する。上記SBにおいてシリコンダイオード
15を選定処理するために、先ずラベルの付いているシリ
コンダイオード15を一つ選び、他のラベルの付いている
シリコンダイオード15との組合せを感温部構成のための
候補としてシリコンダイオード選定処理ブロックSBへ送
込む。

第８図はシリコンダイオード選定処理ブロックSBでの
処理内容を示すフロー図である。

［ステップ10］ 感温部構成のために選ばれたラベル付けされた二つの
シリコンダイオード15の高温THの時の電圧値Ｈの和を変
数HHに格納し、ラベル付けされた低温時の電圧値Ｌの和
を変数LLに格納する。

［ステップ11］ 上記二つのシリコンダイオード15により温度センサ10
が構成された場合、高温THの時に温度センサ10からHHな
る電圧が出力される。そこでステップ６で設定された高
温基準値KHと変数HHとの差の絶対値を求める。この絶対
値が平均移動許容差JDよりも小さい場合、高温THの時に
おいて温度センサ10の出力電圧が高温基準値KHよりも
「低過ぎる」または「高過ぎる」と判定し、別の候補を
選ぶためへ進み、再度ステップ10からの処理を始め
る。上記絶対値が誤差JD以上の場合、次の選定に移る。

［ステップ12］ 上記二つのシリコンダイオード15により温度センサ10
が構成された場合、低温TLの時に温度センサ10からLLな
る電圧が出力される。そこでステップ７で設定された低
温基準値KLと変数LLとの差の絶対値を求める。この絶対
値が平均移動許容差JDよりも大きい場合は、低温TLの時
において温度センサ10の出力電圧が低温基準値KLよりも
「低過ぎる」または「高過ぎる」と判定し、別の候補を
選ぶためへ進み、再度ステップ10からの処理を始め
る。上記絶対値が誤差JD以上の場合、次の選定に移る。

［ステップ13］ （LL−HH）の値は、温度がTL〜THまで推移した場合に
温度センサ10から出力される電圧の帯域幅である。低温
基準値KLと高温基準値KHとの減算により温度センサ10か
ら出力される電圧の基準帯域幅が求められる。上記帯域
幅と基準帯域幅との減算の絶対値が傾き許容差JDより大
きい場合は、当該温度センサから出力される電圧の帯域
幅が「広過ぎる」または「狭過ぎる」との理由から選ん
だ二つのシリコンダイオードに対して温度センサ10を構
成するには不適当な組合せであると判定し、別の候補を
選ぶためへ進み、再度ステップ10の処理から始める。

［ステップ14］ ステップ11〜ステップ13の選定条件に合致したシリコ
ンダイオードに付けられたラベルを解除し、ステップ15
でシリコンダイオードのラベル番号を出力する。

なお本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。たとえばシリコンダイオードの選定の際、一つのシ
リコンダイオード15とＮ−１個のシリコンダイオードと
の組合せの検討を行うことで（Ｎ−１）^２通りの組合わ
せを得、感温部構成に不適当と判定されるシリコンダイ
オードの数を極力少なくするようにしても良い。また、
シリコンダイオードを三つ以上直列に接続して感温部14
を構成するようにしてもよい。この場合、直列接続する
ダイオード数に応じて不適当となるシリコンダイオード
の数は少なくなり歩留り向上をはかれる上、前記許容誤
差JD,JKの値を小さくでき精度の高い感温部を構成する
ことが可能となる。このほか本発明の要旨を逸脱しない
範囲で種々変形実施可能であるのは勿論である。

［発明の効果］ 本発明によれば、二つ以上のシリコンダイオードを直
列に接続して感温部を構成した場合に、温度・電圧値特
性が常に許容範囲内にあるシリコンダイオードの組合わ
せが容易に得られるので、特性上のバラツキがなく、互
換性にすぐれた温度センサを容易かつ安価に得ることを
可能ならしめる温度センサ用シリコンダイオードの選定
方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）〜第８図は本発明の一実施例
を示す図で、第１図（ａ）（ｂ）（ｃ）および第２図は
本方法により得られる温度センサの概略的構成を示す
図、第３図〜第５図はシリコンダイオードの組合わせを
決定するための条件を示す図、第６図〜第８図はシリコ
ンダイオード選定のための処理を示すフロー図である。 10……温度センサ、11……装着機構、12……センサ部、
13……保護管、14……感温部、15……シリコンダイオー
ド、16,17……端子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリコンダイオード単体の温度・電圧特性
   を測定し、その平均値を求め、この平均値に基づいてシ
   リコンダイオードを予め定められた個数だけ直列に接続
   したときに得られる温度・電圧特性の基準値を求め、こ
   の基準値に対する平行移動許容誤差および傾き許容誤差
   の範囲を設定し、前記測定されたシリコンダイオード単
   体の温度・電圧特性を予め定められた個数分だけ加算
   し、この加算値が前記各許容誤差の範囲内にあるとき、
   そのシリコンダイオードの組合わせを温度センサの感温
   部として選定するようにしたことを特徴とする温度セン
   サ用シリコンダイオードの選定方法。