JP2890286B2 - センサ回路 - Google Patents
センサ回路Info
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- JP2890286B2 JP2890286B2 JP35924792A JP35924792A JP2890286B2 JP 2890286 B2 JP2890286 B2 JP 2890286B2 JP 35924792 A JP35924792 A JP 35924792A JP 35924792 A JP35924792 A JP 35924792A JP 2890286 B2 JP2890286 B2 JP 2890286B2
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- resistance
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- sensor resistance
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサ、湿度セン
サ等の周囲の雰囲気を検出するセンサの電気回路に関す
る。
サ等の周囲の雰囲気を検出するセンサの電気回路に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば、ガス検出装置として、金
属酸化物半導体の内部に電極と、電極を兼ねたヒータを
内蔵し、該金属酸化物半導体をヒータにより加熱した時
に該金属酸化物半導体の抵抗値が該金属酸化物半導体の
表面でのガス吸着によって下がることを利用したものが
提案されているが、消費電力が大きく、乾電池駆動には
適さないという問題があった。この点を改良すべく、架
橋構造や片持梁構造等、空気中に張り出させた張り出し
部を設け、この張り出し部の上に金属酸化物半導体を形
成するようにし、もって、熱容量を可及的に小さくして
応答性を上げ、且つ消費電力を低下させる試みが成され
ている。
属酸化物半導体の内部に電極と、電極を兼ねたヒータを
内蔵し、該金属酸化物半導体をヒータにより加熱した時
に該金属酸化物半導体の抵抗値が該金属酸化物半導体の
表面でのガス吸着によって下がることを利用したものが
提案されているが、消費電力が大きく、乾電池駆動には
適さないという問題があった。この点を改良すべく、架
橋構造や片持梁構造等、空気中に張り出させた張り出し
部を設け、この張り出し部の上に金属酸化物半導体を形
成するようにし、もって、熱容量を可及的に小さくして
応答性を上げ、且つ消費電力を低下させる試みが成され
ている。
【０００３】また、この種のセンサにおいては、同様の
構造をもつ抵抗発熱体素子を２個設け、一方の素子を周
囲雰囲気に接触させてガス検出用として用い、他方の素
子を周囲雰囲気に接触させない密封構造とし、この密封
構造の素子にて周囲の温度を検出して温度補償をするこ
とが行われている。
構造をもつ抵抗発熱体素子を２個設け、一方の素子を周
囲雰囲気に接触させてガス検出用として用い、他方の素
子を周囲雰囲気に接触させない密封構造とし、この密封
構造の素子にて周囲の温度を検出して温度補償をするこ
とが行われている。
【０００４】図２（Ａ）,（Ｂ）は、絶対湿度センサの
一例を示す平面図及び断面図で、図示のように、シリコ
ンからなる基板１に、凹部５，６を形成し、基板１の表
面に絶縁保護膜を形成した上、薄膜抵抗発熱体素子３，
４を前記凹部５，６に架橋支持するように設置する。こ
の構成により、熱容量を小さくした薄膜抵抗発熱体素子
の熱が直接基板に熱伝導するのを抑えて、基板で構成し
た空間の気体の熱伝導により熱平衡を保ち、小電力化と
応答の高速化を図るようにしている。
一例を示す平面図及び断面図で、図示のように、シリコ
ンからなる基板１に、凹部５，６を形成し、基板１の表
面に絶縁保護膜を形成した上、薄膜抵抗発熱体素子３，
４を前記凹部５，６に架橋支持するように設置する。こ
の構成により、熱容量を小さくした薄膜抵抗発熱体素子
の熱が直接基板に熱伝導するのを抑えて、基板で構成し
た空間の気体の熱伝導により熱平衡を保ち、小電力化と
応答の高速化を図るようにしている。
【０００５】また、カバー部材２にも基板１に対応する
位置に前記素子用の空間を作るための凹部７，８を形成
し、さらに、薄膜抵抗発熱体素子３，４のボンディング
電極部９を露出させるための開口部１０および検出用の
空洞部１１を外気に連通する通気孔１３を形成する。
位置に前記素子用の空間を作るための凹部７，８を形成
し、さらに、薄膜抵抗発熱体素子３，４のボンディング
電極部９を露出させるための開口部１０および検出用の
空洞部１１を外気に連通する通気孔１３を形成する。
【０００６】そして、温度補償用の空洞部１２に封入す
る乾燥空気が一定既知の湿度の空気雰囲気中で、基板１
とカバー部材２を対向させ、図示のように、それぞれの
凹部で薄膜抵抗発熱体素子を囲む空間を作る配置にした
上、フリットシールガラスなどの封着剤１４で基板１と
カバー部材２を接合させることにより、温度補償側の空
洞１２は外部と遮断され常に一定の雰囲気に保たれる。
る乾燥空気が一定既知の湿度の空気雰囲気中で、基板１
とカバー部材２を対向させ、図示のように、それぞれの
凹部で薄膜抵抗発熱体素子を囲む空間を作る配置にした
上、フリットシールガラスなどの封着剤１４で基板１と
カバー部材２を接合させることにより、温度補償側の空
洞１２は外部と遮断され常に一定の雰囲気に保たれる。
【０００７】上記のように構成されたセンサは、２つの
薄膜抵抗発熱体素子に電力によって一定のエネルギを供
給して自己加熱させると、それぞれ参照用空間部，検出
用空間部の雰囲気によってその抵抗値が変化するので、
例えば、水蒸気が絶対湿度に対応する空間の熱伝導によ
って放熱し、一定の温度になってそれぞれ一定の抵抗値
をもつので、その差をブリッジ回路の非平衡電位の出力
として検出して絶対湿度を計測することができる。
薄膜抵抗発熱体素子に電力によって一定のエネルギを供
給して自己加熱させると、それぞれ参照用空間部，検出
用空間部の雰囲気によってその抵抗値が変化するので、
例えば、水蒸気が絶対湿度に対応する空間の熱伝導によ
って放熱し、一定の温度になってそれぞれ一定の抵抗値
をもつので、その差をブリッジ回路の非平衡電位の出力
として検出して絶対湿度を計測することができる。
【０００８】図３は、上述のごときセンサの電気回路の
一例を説明するための図で、図中、Ｒｒは密閉室１２内
に配設されたセンサの抵抗値、Ｒｓは開放室１１内に配
設されたセンサの抵抗値で、図示のように、密閉室セン
サ抵抗Ｒｒと開放室センサ抵抗Ｒｓ及び演算増幅器ＩＣ
により密閉室のセンサ抵抗ＲｒにＩ＝（Ｖref／Ｒｒ）
（ただし、Ｖrefは基準電圧）なる電流を供給し、開放
室のセンサ抵抗Ｒｓの外気雰囲気例えば湿度に対する変
化を、演算増幅器ＩＣの出力電圧Ｖoutに置き換えてい
た。
一例を説明するための図で、図中、Ｒｒは密閉室１２内
に配設されたセンサの抵抗値、Ｒｓは開放室１１内に配
設されたセンサの抵抗値で、図示のように、密閉室セン
サ抵抗Ｒｒと開放室センサ抵抗Ｒｓ及び演算増幅器ＩＣ
により密閉室のセンサ抵抗ＲｒにＩ＝（Ｖref／Ｒｒ）
（ただし、Ｖrefは基準電圧）なる電流を供給し、開放
室のセンサ抵抗Ｒｓの外気雰囲気例えば湿度に対する変
化を、演算増幅器ＩＣの出力電圧Ｖoutに置き換えてい
た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】図３において、演算増
幅器ＩＣの出力電圧Ｖoutは、 Ｖout＝Ｉ（Ｒｒ＋Ｒｓ）＝（１＋Ｒｓ／Ｒｒ）Ｖref となる。しかしながら、密閉室のセンサ抵抗Ｒｒ及び開
放室のセンサ抵抗Ｒｓには、湿度Ｈ、温度Ｔ、供給電流
Ｉに対して次の関係がある。 Ｒｒ＝ｆ（Ｔ，Ｉ），Ｒｓ＝ｆ（Ｈ，Ｔ，Ｉ） 従って、温度依存性については相殺するが、温度変化に
対して密閉室のセンサ抵抗Ｒｒの抵抗値が変化し、供給
電流Ｉが変化するため、開放室のセンサ抵抗Ｒｓの湿度
変化に対する感度が変動する欠点があった。
幅器ＩＣの出力電圧Ｖoutは、 Ｖout＝Ｉ（Ｒｒ＋Ｒｓ）＝（１＋Ｒｓ／Ｒｒ）Ｖref となる。しかしながら、密閉室のセンサ抵抗Ｒｒ及び開
放室のセンサ抵抗Ｒｓには、湿度Ｈ、温度Ｔ、供給電流
Ｉに対して次の関係がある。 Ｒｒ＝ｆ（Ｔ，Ｉ），Ｒｓ＝ｆ（Ｈ，Ｔ，Ｉ） 従って、温度依存性については相殺するが、温度変化に
対して密閉室のセンサ抵抗Ｒｒの抵抗値が変化し、供給
電流Ｉが変化するため、開放室のセンサ抵抗Ｒｓの湿度
変化に対する感度が変動する欠点があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、密閉室のセンサ抵抗と開放室のセンサ抵
抗と基準抵抗との直列回路と、前記基準抵抗の電圧を帰
還電圧として前記直列回路に定電流を流す定電流回路
と；前記密閉室のセンサ抵抗の端子電圧と、開放室のセ
ンサ抵抗の端子電圧の差を検出する検出回路とを有し、
該検出回路の出力電圧を検出出力とすることを特徴とし
たものである。
決するために、密閉室のセンサ抵抗と開放室のセンサ抵
抗と基準抵抗との直列回路と、前記基準抵抗の電圧を帰
還電圧として前記直列回路に定電流を流す定電流回路
と；前記密閉室のセンサ抵抗の端子電圧と、開放室のセ
ンサ抵抗の端子電圧の差を検出する検出回路とを有し、
該検出回路の出力電圧を検出出力とすることを特徴とし
たものである。
【００１１】図１は、本発明の一実施例を説明するため
の電気回路で、図示のように、トランジスタＱ、密閉室
のセンサ抵抗Ｒｒ、開放室のセンサ抵抗Ｒｓ及び抵抗器
Ｒを直列に接続し、抵抗器Ｒの端子電圧Ｖ3を演算増幅
器ＩＣ１に入力し、もう一方には、基準電圧Ｖrefを与
えることにより、Ｉ＝Ｖref／Ｒ＝Ｖ3／Ｒなる定電流を
発生させ、前記密閉室のセンサ抵抗Ｒｒと開放室のセン
サ抵抗Ｒｓに流す。
の電気回路で、図示のように、トランジスタＱ、密閉室
のセンサ抵抗Ｒｒ、開放室のセンサ抵抗Ｒｓ及び抵抗器
Ｒを直列に接続し、抵抗器Ｒの端子電圧Ｖ3を演算増幅
器ＩＣ１に入力し、もう一方には、基準電圧Ｖrefを与
えることにより、Ｉ＝Ｖref／Ｒ＝Ｖ3／Ｒなる定電流を
発生させ、前記密閉室のセンサ抵抗Ｒｒと開放室のセン
サ抵抗Ｒｓに流す。
【００１２】密閉室のセンサ抵抗Ｒｒの端子電圧Ｖ1及
びＶ2を演算増幅器ＩＣ２に加え、その差分信号Ｖ1−Ｖ
2を取り出し、演算増幅器ＩＣ４に与える。また、開放
室のセンサ抵抗Ｒｓの端子電圧Ｖ2及びＶ3を演算増幅器
ＩＣ３に加え、その差分信号Ｖ2−Ｖ3を取り出し、演算
増幅器ＩＣ４に与える。この結果、演算増幅器ＩＣ４の
出力電圧Ｖoutは次式で表わされる。
びＶ2を演算増幅器ＩＣ２に加え、その差分信号Ｖ1−Ｖ
2を取り出し、演算増幅器ＩＣ４に与える。また、開放
室のセンサ抵抗Ｒｓの端子電圧Ｖ2及びＶ3を演算増幅器
ＩＣ３に加え、その差分信号Ｖ2−Ｖ3を取り出し、演算
増幅器ＩＣ４に与える。この結果、演算増幅器ＩＣ４の
出力電圧Ｖoutは次式で表わされる。
【００１３】 Ｖout＝（Ｖ1−Ｖ2）−（Ｖ2−Ｖ3）＝Ｖｒ−Ｖｓ ここで、Ｖｒ＝Ｖ1−Ｖ2，Ｖｓ＝Ｖ2−Ｖ3である。
【００１４】密閉室のセンサ抵抗Ｒｒ及び開放室のセン
サ抵抗Ｒｓの端子電圧Ｖｒ及びＶｓは、湿度Ｈ、温度
Ｔ、供給電流Ｉに対して次の関係がある。 Ｖｒ＝ｆ（Ｔ，Ｉ），Ｖｓ＝ｆ（Ｈ，Ｔ，Ｉ） これより演算増幅器ＩＣ４の出力電圧Ｖoutは湿度（又
は外気雰囲気）の変化分のみに対応して変化することに
なる。
サ抵抗Ｒｓの端子電圧Ｖｒ及びＶｓは、湿度Ｈ、温度
Ｔ、供給電流Ｉに対して次の関係がある。 Ｖｒ＝ｆ（Ｔ，Ｉ），Ｖｓ＝ｆ（Ｈ，Ｔ，Ｉ） これより演算増幅器ＩＣ４の出力電圧Ｖoutは湿度（又
は外気雰囲気）の変化分のみに対応して変化することに
なる。
【００１５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、従来技
術によると、定電流を密閉室のサーミスタに流れる電流
によって規定しているため、温度変化に対して密閉室の
センサ抵抗が変化すると、該密閉室のセンサ抵抗に流れ
る電流が変化し、密閉室のセンサ抵抗の被測定雰囲気に
対する感度が変動するが、本発明によると、上述のごと
き感度変動は生じない。
術によると、定電流を密閉室のサーミスタに流れる電流
によって規定しているため、温度変化に対して密閉室の
センサ抵抗が変化すると、該密閉室のセンサ抵抗に流れ
る電流が変化し、密閉室のセンサ抵抗の被測定雰囲気に
対する感度が変動するが、本発明によると、上述のごと
き感度変動は生じない。
【図１】 本発明によるセンサ回路の一実施例を説明す
るための図である。
るための図である。
【図２】 本発明が適用されるセンサの一例を説明する
ための図である。
ための図である。
【図３】 従来のセンサ回路の一例を説明するための図
である。
である。
Ｒｒ…密閉室のセンサ抵抗、Ｒｓ…開放室のセンサ抵抗
室、ＩＣ１〜ＩＣ４…演算増幅器、１…基板、２…カバ
ー部材、３，４…抵抗発熱体素子、５，６，７，８…凹
部、９…ボンディング電極、１０…開口部、１１，１２
…空洞部、１３…通気孔、１４…封着剤。
室、ＩＣ１〜ＩＣ４…演算増幅器、１…基板、２…カバ
ー部材、３，４…抵抗発熱体素子、５，６，７，８…凹
部、９…ボンディング電極、１０…開口部、１１，１２
…空洞部、１３…通気孔、１４…封着剤。
Claims (1)
- 【請求項１】 密閉室のセンサ抵抗と開放室のセンサ抵
抗と基準抵抗との直列回路と、前記基準抵抗の電圧を帰
還電圧として前記直列回路に定電流を流す定電流回路
と；前記密閉室のセンサ抵抗の端子電圧と、開放室のセ
ンサ抵抗の端子電圧の差を検出する検出回路とを有し、
該検出回路の出力電圧を検出出力とすることを特徴とす
るセンサ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35924792A JP2890286B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | センサ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35924792A JP2890286B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | センサ回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06201630A JPH06201630A (ja) | 1994-07-22 |
| JP2890286B2 true JP2890286B2 (ja) | 1999-05-10 |
Family
ID=18463520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35924792A Expired - Fee Related JP2890286B2 (ja) | 1992-12-25 | 1992-12-25 | センサ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2890286B2 (ja) |
-
1992
- 1992-12-25 JP JP35924792A patent/JP2890286B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06201630A (ja) | 1994-07-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090226 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100226 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 11 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100226 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110226 Year of fee payment: 12 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |