JP2863053B2 - ヒータ駆動回路 - Google Patents
ヒータ駆動回路Info
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- JP2863053B2 JP2863053B2 JP5056337A JP5633793A JP2863053B2 JP 2863053 B2 JP2863053 B2 JP 2863053B2 JP 5056337 A JP5056337 A JP 5056337A JP 5633793 A JP5633793 A JP 5633793A JP 2863053 B2 JP2863053 B2 JP 2863053B2
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- temperature
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一定温度上昇を得るた
めのヒーターをもつセンサ・デバイス、特にマイクロフ
ローセンサの駆動に適用されるヒータ駆動回路に関する
ものである。
めのヒーターをもつセンサ・デバイス、特にマイクロフ
ローセンサの駆動に適用されるヒータ駆動回路に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロフローセンサはダイヤフラム上
にヒータと２つの温度センサが形成されたセンサデバイ
スであり、ヒータを発熱させ、その温度分布の変化を温
度センサで捕え、流体の流速を測定するものである。
にヒータと２つの温度センサが形成されたセンサデバイ
スであり、ヒータを発熱させ、その温度分布の変化を温
度センサで捕え、流体の流速を測定するものである。
【０００３】ヒーター素子が抵抗温度係数をもつ場合に
は、図８のような回路で一定温度上昇を得ることができ
る。ここでＲＨはヒーターの抵抗、ＲＲは周囲温度セン
サの抵抗、Ｒ１、Ｒ２は固定抵抗である。この回路で
は、周囲温度の変化にかかわらずヒータの温度上昇は一
定に保たれる。
は、図８のような回路で一定温度上昇を得ることができ
る。ここでＲＨはヒーターの抵抗、ＲＲは周囲温度セン
サの抵抗、Ｒ１、Ｒ２は固定抵抗である。この回路で
は、周囲温度の変化にかかわらずヒータの温度上昇は一
定に保たれる。
【０００４】これはヒータＲＨ自身が温度センサとして
自己の温度を測定しているわけであるが、抵抗温度係数
が小さい場合には、温度センサとしての感度が低いた
め、図８の回路では動作が不安定になる。
自己の温度を測定しているわけであるが、抵抗温度係数
が小さい場合には、温度センサとしての感度が低いた
め、図８の回路では動作が不安定になる。
【０００５】そのような場合には図９に示すような駆動
方式を取る。この方式では、ヒータを温度センサとして
用いず、制御信号Ｓ１によってスイッチＳ１を制御し、
間欠的にオン・オフしているが、オンしてからヒータが
目的の温度に達するまでに非常に時間がかかる。
方式を取る。この方式では、ヒータを温度センサとして
用いず、制御信号Ｓ１によってスイッチＳ１を制御し、
間欠的にオン・オフしているが、オンしてからヒータが
目的の温度に達するまでに非常に時間がかかる。
【０００６】それに対して図８の回路では、オンした直
後はヒータが冷えており、その状態が回路で検出され、
定常状態より大きな電力がヒータに投入されるため立ち
上りは速い。図９の回路で立ち上りを速くするために、
図１０に示すようにオン直後の一定時間、強制的に大き
な電力をヒータに与える方式も考えられる。
後はヒータが冷えており、その状態が回路で検出され、
定常状態より大きな電力がヒータに投入されるため立ち
上りは速い。図９の回路で立ち上りを速くするために、
図１０に示すようにオン直後の一定時間、強制的に大き
な電力をヒータに与える方式も考えられる。
【０００７】すなわち図１１（ａ）に示すように制御信
号によってスイッチＳ１を一定時間オンにすると共に、
その制御信号によってタイマＴＭを図１１（ｂ）に示す
ように短い時間Ｔ１だけオン状態にする。このためＴ１
時間だけスイッチＳ２がオンとなるので、図１１（ｃ）
に示すようにヒータＲＨには期間Ｔ１の間、高い電圧が
供給される従ってヒータＲＨはこの期間に急速に加熱さ
れる。
号によってスイッチＳ１を一定時間オンにすると共に、
その制御信号によってタイマＴＭを図１１（ｂ）に示す
ように短い時間Ｔ１だけオン状態にする。このためＴ１
時間だけスイッチＳ２がオンとなるので、図１１（ｃ）
に示すようにヒータＲＨには期間Ｔ１の間、高い電圧が
供給される従ってヒータＲＨはこの期間に急速に加熱さ
れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの時間
はヒータ温度設定値の変更に応じて最適値が変わるため
に、固定値では不適切になり、目標温度への整定時間が
伸びたり、オーバーシュートを生じたりすることが考え
られる。
はヒータ温度設定値の変更に応じて最適値が変わるため
に、固定値では不適切になり、目標温度への整定時間が
伸びたり、オーバーシュートを生じたりすることが考え
られる。
【０００９】すなわち定電圧駆動や定電流駆動では、ヒ
ータオンしてから目標温度に達するまで時間がかかるの
で、センサから正しい出力が得られるまでの応答特性が
悪くなり、この状態を改善しようとしてヒータオン時に
高電圧を供給したときは、温度設定値の変更に応じて最
適値が変わり、最適な立上り特性が得られないという課
題を有していた。
ータオンしてから目標温度に達するまで時間がかかるの
で、センサから正しい出力が得られるまでの応答特性が
悪くなり、この状態を改善しようとしてヒータオン時に
高電圧を供給したときは、温度設定値の変更に応じて最
適値が変わり、最適な立上り特性が得られないという課
題を有していた。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、ヒータに投入される電力を検出する
電力検出器と、電力検出器出力信号をヒータの時定数だ
け遅延させる１次遅延回路とを設けてなり、１次遅延回
路出力によって前記ヒータを駆動するようにしたもので
ある。
るために本発明は、ヒータに投入される電力を検出する
電力検出器と、電力検出器出力信号をヒータの時定数だ
け遅延させる１次遅延回路とを設けてなり、１次遅延回
路出力によって前記ヒータを駆動するようにしたもので
ある。
【００１１】
【作用】ヒータに投入される電力を検出する電力検出器
と、電力検出器出力信号をヒータ時定数だけ遅延させる
１次遅延回路からなるヒーター上昇温度演算回路を設け
ることにより、その出力によってヒータを制御すると、
応答特性が改善される。すなわち、本発明の目的は、ヒ
ータをオフからオンの状態にしたときに、できるだけ速
やかに所定の温渡まで変北させることにあり、そのため
にはヒータの現在温度に基づいて投入電力を調節するこ
とが望ましい。しかし、実際にヒータ自身の温度を測定
することは困難であり、特にヒータ抵坑体が温度特性を
持っていない場合においては、温度の測定は不可能であ
る。そこで、疑似的にヒータ温度を推定しようと考えた
のが本発明であり、ヒータの熱負荷が一定であるとすれ
ば、投入電力からヒータ温度を推定することができる。
特に、問題の過渡状態においては、ヒータは１次系とみ
なせるので電気的に簡単なＣＲフィルタで近似され、投
入電力はヒータの印加電圧の２乗かあるいは印加電圧と
印加電流との積から求められるため、ヒータをオンした
直後に大きな電力を投入することができる。このように
本発明は、推定投入電力信号の情報を使った自動制御回
路を使ってヒータを駆動することにより、ヒータをオン
した直後に大きな電力を投入することができ、単純に最
初から一定電力を印加するのと比べ、格段に早くヒータ
を所定温度まで変化させることができる。
と、電力検出器出力信号をヒータ時定数だけ遅延させる
１次遅延回路からなるヒーター上昇温度演算回路を設け
ることにより、その出力によってヒータを制御すると、
応答特性が改善される。すなわち、本発明の目的は、ヒ
ータをオフからオンの状態にしたときに、できるだけ速
やかに所定の温渡まで変北させることにあり、そのため
にはヒータの現在温度に基づいて投入電力を調節するこ
とが望ましい。しかし、実際にヒータ自身の温度を測定
することは困難であり、特にヒータ抵坑体が温度特性を
持っていない場合においては、温度の測定は不可能であ
る。そこで、疑似的にヒータ温度を推定しようと考えた
のが本発明であり、ヒータの熱負荷が一定であるとすれ
ば、投入電力からヒータ温度を推定することができる。
特に、問題の過渡状態においては、ヒータは１次系とみ
なせるので電気的に簡単なＣＲフィルタで近似され、投
入電力はヒータの印加電圧の２乗かあるいは印加電圧と
印加電流との積から求められるため、ヒータをオンした
直後に大きな電力を投入することができる。このように
本発明は、推定投入電力信号の情報を使った自動制御回
路を使ってヒータを駆動することにより、ヒータをオン
した直後に大きな電力を投入することができ、単純に最
初から一定電力を印加するのと比べ、格段に早くヒータ
を所定温度まで変化させることができる。
【００１２】
【実施例】ヒータの温度上昇をＴとし、投入電力をＰと
し、時間をｔとしたとき、その間には次の関係がある。
し、時間をｔとしたとき、その間には次の関係がある。
【００１３】 Ｔ＝ｋＰ（１−ｅ-t/t0） ・・・・（１）
【００１４】ここでｋは定数、ｔｏは熱時定数を表す。
またＰはヒータ抵抗をＲＨ、ヒータ電圧をＶＨとすると
次のように表せる。 Ｐ＝ＶＨ2／ＲＨ ・・・・（２）
またＰはヒータ抵抗をＲＨ、ヒータ電圧をＶＨとすると
次のように表せる。 Ｐ＝ＶＨ2／ＲＨ ・・・・（２）
【００１５】そこで、ヒータ電圧ＶＨからヒータの温度
上昇Ｔを求めるには、図３に示すようにヒータに投入し
た電力を検出する電力検出器として作用する乗算器１、
ヒータの熱時定数をシミュレートする抵抗２およびコン
デンサ３からなる１次遅れ回路４を組み合わせた回路を
構成すれば、ヒータの温度上昇を表す擬似温度上昇出力
信号Ｔ´が得られる。この疑似温度上昇出力信号Ｔ´を
用いてヒータを、例えば比例制御、ＰＬＤ制御、オン・
オフ制御などの制御を行えば最適な温度制御を行うこと
ができる。
上昇Ｔを求めるには、図３に示すようにヒータに投入し
た電力を検出する電力検出器として作用する乗算器１、
ヒータの熱時定数をシミュレートする抵抗２およびコン
デンサ３からなる１次遅れ回路４を組み合わせた回路を
構成すれば、ヒータの温度上昇を表す擬似温度上昇出力
信号Ｔ´が得られる。この疑似温度上昇出力信号Ｔ´を
用いてヒータを、例えば比例制御、ＰＬＤ制御、オン・
オフ制御などの制御を行えば最適な温度制御を行うこと
ができる。
【００１６】図１は本発明の一実施例を示す回路図であ
り、図３の回路の立ち上がりを改善したものであり、比
例制御の例である。この場合、電源５から可変抵抗６を
介して所定の電圧が差動増幅器７に供給されている。
り、図３の回路の立ち上がりを改善したものであり、比
例制御の例である。この場合、電源５から可変抵抗６を
介して所定の電圧が差動増幅器７に供給されている。
【００１７】あるタイミングで図２（ａ）に示すように
スイッチＳ１を閉じたとき、その時点ではコンデンサ３
には図２（ｃ）に示すように電圧が発生していないの
で、差動増幅器７は利得が最大の状態となっており、こ
の電圧が図２（ｂ）に示すように電圧ＶＨとして出力さ
れる。
スイッチＳ１を閉じたとき、その時点ではコンデンサ３
には図２（ｃ）に示すように電圧が発生していないの
で、差動増幅器７は利得が最大の状態となっており、こ
の電圧が図２（ｂ）に示すように電圧ＶＨとして出力さ
れる。
【００１８】１次遅れ回路４は時定数はヒータの熱時定
数であるｔｏに設定されており、コンデンサ３の端子電
圧は（ｃ）に示すようにその時定数で上昇するが、コン
デンサ３の端子電圧がある電圧に達するまでの間、差動
増幅器７は飽和状態にあり、その間は出力電圧が変化し
ない。このため、その期間は電圧ＶＨが最大値となって
おり、その電圧が乗算器１によって２乗演算され、１次
遅れ回路４に供給される。
数であるｔｏに設定されており、コンデンサ３の端子電
圧は（ｃ）に示すようにその時定数で上昇するが、コン
デンサ３の端子電圧がある電圧に達するまでの間、差動
増幅器７は飽和状態にあり、その間は出力電圧が変化し
ない。このため、その期間は電圧ＶＨが最大値となって
おり、その電圧が乗算器１によって２乗演算され、１次
遅れ回路４に供給される。
【００１９】コンデンサ３の電圧がある電圧まで上昇す
ると差動増幅器７は飽和領域を脱してリニヤ領域で動作
するようになり、その出力電圧ＶＨも１次遅れ回路４の
時定数に従って減少する。そして、１次遅れ回路４の電
圧が平衡状態に達すると差動増幅器７の出力電圧低下も
終了し、乗算器１の出力電圧で決まる値で平衡する。
ると差動増幅器７は飽和領域を脱してリニヤ領域で動作
するようになり、その出力電圧ＶＨも１次遅れ回路４の
時定数に従って減少する。そして、１次遅れ回路４の電
圧が平衡状態に達すると差動増幅器７の出力電圧低下も
終了し、乗算器１の出力電圧で決まる値で平衡する。
【００２０】このため、立ち上がりの当初はヒータＲＨ
に高い電圧が供給され、速やかにヒータの加熱が行わ
れ、その加熱終了後はヒータＲＨが乗算器１の出力電圧
で決まる所定値に維持される。
に高い電圧が供給され、速やかにヒータの加熱が行わ
れ、その加熱終了後はヒータＲＨが乗算器１の出力電圧
で決まる所定値に維持される。
【００２１】図１は定電圧駆動の例であったが、定電流
駆動の場合の例を図４に示す。この回路は差増増幅器７
の出力電圧を電圧電流変換器８によって電流に変換し、
電流検出用抵抗ＲＩに発生する電圧ＶＩを乗算器１に供
給するようになっており、動作は図１のものと同様であ
る。図１および図４の例では、ヒータＲＨの抵抗が温度
によって変動すると擬似温度上昇出力Ｔ’に誤差を生じ
る。
駆動の場合の例を図４に示す。この回路は差増増幅器７
の出力電圧を電圧電流変換器８によって電流に変換し、
電流検出用抵抗ＲＩに発生する電圧ＶＩを乗算器１に供
給するようになっており、動作は図１のものと同様であ
る。図１および図４の例では、ヒータＲＨの抵抗が温度
によって変動すると擬似温度上昇出力Ｔ’に誤差を生じ
る。
【００２２】図５の回路はこの誤差が発生しないように
したものであり、ヒータＲＨの電圧と電流の両方を検出
して電力を求めるため、ヒータＲＨの抵抗が温度によっ
て変動してもそれが差動増幅器１０によって補正され、
誤差がなくなる。
したものであり、ヒータＲＨの電圧と電流の両方を検出
して電力を求めるため、ヒータＲＨの抵抗が温度によっ
て変動してもそれが差動増幅器１０によって補正され、
誤差がなくなる。
【００２３】また、センサ出力がヒータ温度に比例する
場合には、図６に示すようにセンサＲＳとヒータＲＨを
熱結合し、疑似温度信号Ｔ´を熱結合によって得られた
信号によって割算器１０で除算して補正することによ
り、ヒータをオンした直後から誤差の少ないセンサ出力
が得られる。
場合には、図６に示すようにセンサＲＳとヒータＲＨを
熱結合し、疑似温度信号Ｔ´を熱結合によって得られた
信号によって割算器１０で除算して補正することによ
り、ヒータをオンした直後から誤差の少ないセンサ出力
が得られる。
【００２４】図７は図６の動作を示しており、（ａ）に
示すように、スイッチＳ１，Ｓ２がオンとなったとき、
補正前は（ｂ）に示す特性であったものが、補正後は
（ｃ）に示すように立ち上がりが改善される。この場
合、電圧源が不安定で電圧変動があっても、センサ出力
は自動的に補正される効果をもつ。
示すように、スイッチＳ１，Ｓ２がオンとなったとき、
補正前は（ｂ）に示す特性であったものが、補正後は
（ｃ）に示すように立ち上がりが改善される。この場
合、電圧源が不安定で電圧変動があっても、センサ出力
は自動的に補正される効果をもつ。
【００２５】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、ヒータ温
度をシミュレートし、その出力によりヒータ温度を制御
したので、ヒータの立上り特性を最適にすることができ
る。またヒータ温度擬似情報が得られるので、それを元
に最適状態にヒータを制御できる。更にこのヒータ温度
情報を使ってヒータ立上り時のセンサ出力を補正するこ
とによって、より応答特性を改善することも可能になる
という効果を有する。
度をシミュレートし、その出力によりヒータ温度を制御
したので、ヒータの立上り特性を最適にすることができ
る。またヒータ温度擬似情報が得られるので、それを元
に最適状態にヒータを制御できる。更にこのヒータ温度
情報を使ってヒータ立上り時のセンサ出力を補正するこ
とによって、より応答特性を改善することも可能になる
という効果を有する。
【図１】本発明の一実施例の回路を示す回路図である。
【図２】図１の回路の動作を示す波形図である。
【図３】本発明の基本的回路を示す回路図である。
【図４】電流駆動の場合の回路を示す回路図である。
【図５】誤差を発生しないように電流駆動と電圧駆動と
を組み合わせた回路を示す回路図である。
を組み合わせた回路を示す回路図である。
【図６】他の実施例を示す回路図である。
【図７】図６の回路の動作を示す波形図である。
【図８】従来の一例の構成を示す回路図である。
【図９】従来の他の例の構成を示す回路図である。
【図１０】従来の他の例の構成を示す回路図である。
【図１１】図１０の回路の動作を示す波形図である。
１ 乗算器 ２ 抵抗 ３ コンデンサ ４ １次遅れ回路 ５ 電源 ６ 可変抵抗 ７、９ 差動増幅器 ８ 電圧電流変換器 １０ 割算器
Claims (1)
- 【請求項１】 ヒータを加熱するヒータ駆動回路におい
て、 ヒータに投入される電力を検出する電力検出器と、 前記電力検出器出力信号をヒータの時定数だけ遅延させ
る１次遅延回路とを設けてなり、 前記１次遅延回路出力によって前記ヒータを駆動するこ
とを特徴とするヒータ駆動回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5056337A JP2863053B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | ヒータ駆動回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5056337A JP2863053B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | ヒータ駆動回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06249865A JPH06249865A (ja) | 1994-09-09 |
| JP2863053B2 true JP2863053B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=13024403
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5056337A Expired - Lifetime JP2863053B2 (ja) | 1993-02-23 | 1993-02-23 | ヒータ駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2863053B2 (ja) |
-
1993
- 1993-02-23 JP JP5056337A patent/JP2863053B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06249865A (ja) | 1994-09-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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