JP2681478B2 - 半導体式熱感知器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、半導体式熱感知器の改良に関する。

［従来の技術］ 従来より、半導体式熱感知器では、第５図に示すよう
な差動式熱感知器が普及している。

図を参照してその動作を説明すると、熱応答特性の異
なるサーミスタTH1,TH2同士（熱応答特性はTH1が速く、
TH2は遅い）を直列に接続して成る第１の直列回路100a
と、２つの抵抗R1,R2を時列に接続して成る第２の直列
回路100bとで熱検知ブリッジ回路100を形成し、周囲温
度の変化に応じてこれらの二つの直列回路100a,100bの
各々の接続点の電圧V1,V2の変動を比較回路101で比較
し、その出力レベルの変化時にスイッチング手段102を
駆動して警報信号を出力する構成とされている。

この差動式熱感知器の動作を説明すると、サーミスタ
TH1とTH2に同一のものを用いた場合、周囲温度に変化の
ないときはV1は略1/2Vcc（ここにVccは電源回路103から
の供給電圧）であり、この時V2はV2＞V1を満足するよう
に抵抗R1,R2の値を設定しているので、比較回路101の出
力は「Ｌ」レベルとなってSCR102はトリガされず、この
ため回線L,Cを介して接続された受信機（不図示）側に
設けたリレーは作動せず、従って警報信号を発生するこ
とがない。

また、周囲温度の上昇が緩やかな場合には、サーミス
タTH1,TH2の抵抗値は温度上昇に追従して変化するためV
1は変化せず、V2＞V1の条件が保たれて比較回路101は
「Ｌ」レベルを保持するので、同様にSCRはトリガされ
ない。

一方、周囲温度が急激に上昇すると熱応答特性の速い
サーミスタTH1のみの抵抗値が急激に小さくなるためにV
1が上昇してV2＜V1となり、比較回路101は「Ｈ」レベル
に反転してSCR102をトリガするので、受信機（不図示）
側のリレーも駆動されて警報信号を発生する。

また、この例では二つのサーミスタTH1,TH2に熱応答
特性の異なるものを用いた場合を示しているが、特性が
同一のサーミスタを一方を外気に近く、他方を感知器内
部に配置することによって構造的に熱応答特性を異なら
せる方法も採られている。

しかしながら、このような構成の差動式熱感知器にお
いては、サーミスタTH1,TH2の熱応答特性の設定が非常
に困難であり、製造コストも高くつくなどの問題点を有
しており、改善が望まれている。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされるものであり、２
つのサーミスタを使用するのに代えて、一つのサーミス
タと時定数回路により、感度のばらつきが少なく、設計
が容易でしかも安価な半導体式熱感知器を提供すること
を目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために提案される第１の本発明
は、抵抗と半導体サーミスタを直列に接続して成る感熱
部を構成する直列回路の接続点の電圧と、コンデンサに
放電抵抗を含んで成る基準部を構成する充放電回路のコ
ンデンサの両端電圧とを比較回路部において比較して、
上記感熱部の接続点の電圧が上記基準部のコンデンサの
両端電圧を下回った時にスイッチング回路を駆動して発
報信号を出力する構成とした半導体式熱感知器であっ
て、上記基準部は、そのベースを上記感熱部の接続点に
接続し、エミッタは放電抵抗を介して、かつコレクタは
そのままにして、該エミッタとコレクタを上記感熱部に
並列に接続したトランジスタを有しており、該トランジ
スタのエミッタは第１のダイオードを介して上記コンデ
ンサに接続されて充電回路を構成し、かつ該コンデンサ
と上記放電抵抗間には上記第１のダイオードに対して逆
方向にされた第２のダイオードを介して放電時定数設定
抵抗を接続して放電回路を構成しており、周囲に温度変
化がないとき、あるいは緩やかな温度上昇が生じている
ときには、上記トランジスタを導通保持し、感熱部の接
続点の電圧低下に応じて、上記基準部のコンデンサに充
電された電荷を上記放電時定数設定抵抗を通じて放電さ
せることによって、上記コンデンサの端子電圧を低下さ
せて上記比較回路部を非作動状態に保持する一方、周囲
の温度変化が急激に上昇したときには、上記トランジス
タを非導通にさせ、上記コンデンサに充電された電荷を
上記放電抵抗を通じて放電させることによって上記比較
回路部を作動させることを特徴としている。

また同時に提案される第２の本発明は、抵抗と半導体
サーミスタを直列に接続して成る感熱部を構成する直列
回路の接続点の電圧と、コンデンサに放電抵抗を含んで
成る第１の基準部を構成する充放電回路のコンデンサの
両端電圧とを比較回路部において比較する第１の比較回
路を有した差動式熱検知回路部と、上記差動式検知回路
部の感熱部の接続点の電圧と、抵抗同士を直列に接続し
た第２の基準部を構成する直列回路の接続点の電圧とを
比較する第２の比較回路を有した定温式熱検知回路部
と、共通のスイッチング回路とを有し、上記差動式熱検
知回路部の感熱部の接続点の電圧が上記第１の基準部の
コンデンサの両端電圧を下回った時、あるいは上記定温
式熱検知回路部の感熱部の接続点の電圧が上記第２の基
準部の直列回路の接続点の電圧よりも下回った時に、上
記共通のスイッチング回路を駆動して発報信号を出力す
る構成とされ、上記第１の基準部は、そのベースを上記
感熱部に接続し、エミッタは第１の抵抗を介して、かつ
コレクタはそのままにして、該エミッタとコレクタを上
記感熱部に並列に接続したトランジスタを有しており、
該トランジスタのエミッタは第１のダイオードを介して
上記コンデンサに接続されて充電回路を構成し、かつ該
コンデンサと上記第１の抵抗間には上記第１のダイオー
ドに対して逆方向にされた第２のダイオードを介して放
電時定数設定抵抗を接続して放電回路を構成しており、
周囲に温度変化がないとき、あるいは緩やかな温度上昇
が生じているときには、上記トランジスタを導通保持
し、感熱部の接続点の電圧低下に応じて、上記基準部の
コンデンサに充電された電荷を上記放電時定数設定抵抗
を通じて放電させることによって、上記コンデンサの端
子電圧を低下させて上記比較回路部を非作動状態に保持
する一方、 周囲の温度変化が急激に上昇したときには、上記トラ
ンジスタを非導通にさせ、上記コンデンサに充電された
電荷を上記放電抵抗を通じて放電させることによって上
記比較回路部を作動させることを特徴としている。

［作用］ 第１の本発明の熱感知器では、周囲温度が緩やかに上
昇した場合、抵抗とサーミスタの直列回路の接続点の電
位も緩やかに低下するため、コンデンサに充電された電
荷は放電時定数設定抵抗を通じて放電され、コンデンサ
の端子電圧も追従して低下する。したがって、比較回路
はスイッチング回路へ出力を出さない。

しかしながら、周囲温度が急激に上昇した場合には、
上記時列回路の接続点の電位は急激に低下するが、コン
デンサの放電抵抗による電圧低下が遅いために、コンデ
ンサの端子電圧が上記直列回路の端子電圧よりも高くな
り、その結果、比較回路からスイッチング回路へ出力さ
れサイリスタがターンオンして、警報信号をする。ま
た、このときコンデンサに蓄積された電荷は、放電抵抗
を通じて放電される。

第２の本発明の熱感知器では、上記熱感知器の差動式
熱検知回路部に加えて、第１、第２の直列回路の接続点
の電位を比較回路で比較する事により、サイリスタをタ
ーンオンするため、温度上昇が緩やかであっても、一定
温度を越えると発報される。

［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

第１図は第１の本発明の要部をなす回路図である。

図において、熱感知器回線L,Cの電圧がダイオードブ
リッジDBを介してトランジスタQ1、抵抗R5及びツエナー
ダイオードZDからなる定電圧回路により一定電圧Vccに
安定化される。

Thはサーミスタ、R1は抵抗であり、この接続点の電位
Vt（サーミスタの端子電圧）はサーミスタThが負の温度
特性を有するため温度上昇に伴って低下する。

このVtの電圧は、コレクタが電源電圧Vccに接続され
ているトランジスタQ1のベースに加わり、エミッタから
ダイオードD1を通じてコンデンサＣに充電が行なわれ
る。従って、コンデンサＣの端子電圧Vcは Vc＝Vt−ＶBEQ1−ＶFD1 となる。

但し、ＶBEQ1はトランジスタQ1のベース・エミッタ間
電圧、ＶFD1はダイオードD1の順方向電圧である。

更に、トランジスタQ2,Q3の差動増幅回路により、サ
ーミスタ端子電圧Vtとコンデンサ端子電圧Vcを比較する
比較回路を形成している。

図を参照して動作を説明すると、通常温度が安定して
いる状態では、サーミスタThの抵抗値が安定しているの
で、サーミスタ端子電圧VtおよびコンデンサＣの端子電
圧Vcも上記した電圧で安定している。

周囲温度が緩やかに上昇する場合、サーミスタの端子
電圧Vtは、逆に低下して行くが、この電圧Vtの低下の速
度が、コンデンサＣに蓄えられた電荷が放電時定数設定
抵抗R3を通じてトランジスタQ1のエミッタ電圧Veに向か
って放電する場合の時定数τ＝Ｃ・R3よりも遅い場合に
は、コンデンサＣの端子電圧Vcは上記に示したごとく、
常にサーミスタの端子電圧VtからトランジスタQ1のベー
ス・エミッタ間電圧ＶBEQ1とダイオードD1の順方向電圧
ＶFD1を差し引いた値Vcを維持する。

一方、周囲温度が急激に上昇した場合はサーミスタの
端子電圧Vtの低下する速さが、上記したコンデンサの放
電時定数τを越える。

従ってトランジスタQ1がONしている期間は、コンデン
サＣはトランジスタQ1のエミッタ電圧Ve＝Vt−ＶBEQ1に
向かって時定数τ＝Ｃ・R3で放電する一方、サーミスタ
端子電圧Vtは周囲温度に応じて急激に低下して行く。

そしてサーミスタ端子電圧Vtが、コンデンサの端子電
圧VcとトランジスタQ1のＶBEQ1とダイオードD1のＶFD1
の和よりも低下すると、トランジスタQ1はOFFするとと
もに、サーミスタの端子電圧Vtは周囲温度に応じて低下
し、コンデンサＣは時定数τ′＝Ｃ（R3＋R2）で放電
し、その端子電圧Vcも低下して行く。

そしてサーミスタの端子電圧がコンデンサの端子電圧
Vcよりも低くなると、比較回路のトランジスタQ3がOF
F、Q2がONし、トランジスタQ5,Q6がONされてスイッチン
グ回路のサイリスタSCRが導通する事により感知器回線
L,Cが短絡されて発報する事になる。

第2a図は、周囲温度が緩やかに上昇した場合のVtとVc
の電圧変化の様子を示しており、VcがVtに追従して低下
している。これに対して第2b図（ａ），（ｂ）は、周囲
温度が急激に上昇した場合の電圧変化と、トランジスタ
の動作変化をそれぞれ示しており、周囲温度の急激な上
昇時にはサーミスタ端子電圧Vtが低下し始めると略同時
にトランジスタQ1がOFFする。すなわちコンデンサＣの
放電がVtの低下に追従できないためである。従って、そ
れ以後はコンデンサＣは時定数τ′で自然放電を行なう
が、サーミスタ端子電圧Vtがコンデンサ端子電圧Vcより
も低くなると、トランジスタQ2がON、Q3がOFFし、Q5,Q6
がONすることによりサイリスタSCRが導通して発報され
る。

すなわち、本実施例の回路では、コンデンサＣの放電
時定数を抵抗で調整することにより、周囲温度の上昇に
対処した応答特性が得られるので、差動式熱感知器とし
て周囲環境に適合した動作が得られる。

次に、第２の本発明の構成を説明する。

この実施例では、上記第１の本発明の半導体式熱感知
器の差動式熱検知回路部に、定温式熱検知回路部を付加
し、これら双方の出力の論理和により発報する構成とさ
れたもので、図に示す差動式熱検知回路部は上記実施例
と同一の符号を付して説明を省略する。なお、第４図
は、熱感知器の縦断面構造図である。１は熱感知器、２
は抵抗R1,R6,R7を実装した回路基板、３はサーミスタTh
を設けた検知窓である。

第３図において、定温式熱検知回路部の動作を説明す
ると、抵抗R1とサーミスタThを直列に接続して成る第１
の直列回路1aと、抵抗R6,R7を直列に接続して成る第２
の直列回路1fとで熱検知ブリッジ回路を形成し、周囲温
度の変化に応じてこれら二つの直列回路の各々の接続点
の電圧レベルVtおよびVrをトランジスタQ7,Q8で構成さ
れる差動増幅回路で比較することにより、サーミスタの
端子電圧VtがVrよりも低下するとトランジスタQ8がON
し、トランジスタQ9,Q6をONすることによりサイリスタS
CRを駆動して発報する動作をする。

つまり、本実施例の熱感知器では、差動式熱検知回路
部により周囲温度が緩やかに上昇した場合には発報され
ず、周囲温度が急激に上昇すれば発報され、更に周囲温
度が緩やかに上昇し続けた場合でも、一定温度を越える
と定温式熱検知回路部により発報される。

更に図では示していないが、上記実施例の第１の直列
回路を、同一特性のサーミスタの直列回路とし、電源電
圧供給側のサーミスタを感知器内部に配置することによ
り熱応答特性に差をもたせることによって、感知器の使
用される周囲温度範囲に対して常に安定した応答を得る
ことも可能となる。

［発明の効果］ 第１の本発明によれば、一つのサーミスタと時定数回
路により、感度のばらつきが少なく、設計が容易でしか
も安価な半導体式熱感知器が提供可能となる。

また、第２の本発明によれば、差動式と低温式を組み
合わせることにより、一層信頼性の高い半導体式熱感知
器が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明の半導体式熱感知器の要部を示す
回路図、第2a図は周囲温度が緩やかに上昇した場合の各
部の電圧変化を示す波形図、第2b図（ａ），第2b図
（ｂ）は周囲温度が急激に上昇した場合の各部の電圧変
化と、トランジスタの動作変化を、それぞれ示す図、第
３図は第２の本発明の半導体式熱感知器の要部を示す回
路図、第４図は本発明を適用した熱感知器の縦断面構造
図、第５図は従来の熱感知器の回路図を示している。 ［符号の説明］ Ａ……第１の直列回路 Ｂ……第２の直列回路 Th……サーミスタ Ｃ……コンデンサ Q1……トランジスタ R2……放電抵抗 R3……放電時定数設定抵抗

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】抵抗と半導体サーミスタを直列に接続して
   成る感熱部を構成する直列回路の接続点の電圧と、コン
   デンサに放電抵抗を含んで成る基準部を構成する充放電
   回路のコンデンサの両端電圧とを比較回路部において比
   較して、上記感熱部の接続点の電圧が上記基準部のコン
   デンサの両端電圧を下回った時にスイッチング回路を駆
   動して発報信号を出力する構成とした半導体式熱感知器
   であって、 上記基準部は、そのベースを上記感熱部の接続点に接続
   し、エミッタは放電抵抗を介して、かつコレクタはその
   ままにして、該エミッタとコレクタを上記感熱部に並列
   に接続したトランジスタを有しており、 該トランジスタのエミッタは第１のダイオードを介して
   上記コンデンサに接続されて充電回路を構成し、かつ該
   コンデンサと上記放電抵抗間には上記第１のダイオード
   に対して逆方向にされた第２のダイオードを介して放電
   時定数設定抵抗を接続して放電回路を構成しており、 周囲に温度変化がないとき、あるいは緩やかな温度上昇
   が生じているときには、上記トランジスタを導通保持
   し、感熱部の接続点の電圧低下に応じて、上記基準部の
   コンデンサに充電された電荷を上記放電時定数設定抵抗
   を通じて放電させることによって、上記コンデンサの端
   子電圧を低下させて上記比較回路部を非作動状態に保持
   する一方、 周囲の温度変化が急激に上昇したときには、上記トラン
   ジスタを非導通にさせ、かつこのとき上記コンデンサに
   充電された電荷を上記放電抵抗を通じて放電させること
   によって上記比較回路部を作動させることを特徴とする
   半導体式熱感知器。
2. 【請求項２】抵抗と半導体サーミスタを直列に接続して
   成る感熱部を構成する直列回路の接続点の電圧と、コン
   デンサに放電抵抗を含んで成る第１の基準部を構成する
   充放電回路のコンデンサの両端電圧とを比較回路部にお
   いて比較する第１の比較回路を有した差動式熱検知回路
   部と、 上記差動式検知回路部の感熱部の接続点の電圧と、抵抗
   同士を直列に接続した第２の基準部を構成する直列回路
   の接続点の電圧とを比較する第２の比較回路を有した定
   温式熱検知回路部と、 共通のスイッチング回路とを有し、 上記差動式熱検知回路部の感熱部の接続点の電圧が上記
   第１の基準部のコンデンサの両端電圧を下回った時、あ
   るいは上記定温式熱検知回路部の感熱部の接続点の電圧
   が上記第２の基準部の直列回路の接続点の電圧よりも下
   回った時に、上記共通のスイッチング回路を駆動して発
   報信号を出力する構成とされ、 上記第１の基準部は、そのベースを上記感熱部の接続点
   に接続し、エミッタは第１の抵抗を介して、かつコレク
   タはそのままにして、該エミッタとコレクタを上記感熱
   部に並列に接続したトランジスタを有しており、該トラ
   ンジスタのエミッタは第１のダイオードを介して上記コ
   ンデンサに接続されて充電回路を構成し、かつ該コンデ
   ンサと上記第１の抵抗間には上記第１のダイオードに対
   して逆方向にされた第２のダイオードを介して放電時定
   数設定抵抗を接続して放電回路を構成しており、 周囲に温度変化がないとき、あるいは緩やかな温度上昇
   が生じているときには、上記トランジスタを導通保持
   し、感熱部の接続点の電圧低下に応じて、上記基準部の
   コンデンサに充電された電荷を上記放電時定数設定抵抗
   を通じて放電させることによって、上記コンデンサの端
   子電圧を低下させて上記比較回路部を非作動状態に保持
   する一方、 周囲の温度変化が急激に上昇したときには、上記トラン
   ジスタを非導通にさせ、かつこのとき上記コンデンサに
   充電された電荷を上記放電抵抗を通じて放電させること
   によって上記比較回路部を作動させることを特徴とする
   半導体式熱感知器。