JP3282048B2 - 奪熱雰囲気検出装置および奪熱雰囲気検出装置用の雰囲気センサ - Google Patents

奪熱雰囲気検出装置および奪熱雰囲気検出装置用の雰囲気センサ

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JP3282048B2
JP3282048B2 JP03062193A JP3062193A JP3282048B2 JP 3282048 B2 JP3282048 B2 JP 3282048B2 JP 03062193 A JP03062193 A JP 03062193A JP 3062193 A JP3062193 A JP 3062193A JP 3282048 B2 JP3282048 B2 JP 3282048B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、同一特性の2個のイン
ダクタンス素子を備え、例えば流体の流量または水蒸気
の量(奪熱量)に応じてインダクタンスが変化すること
を利用して流量、湿度を検出する湿度センサおよびフロ
ーセンサのような奪熱雰囲気検出装置および奪熱雰囲気
検出装置用の雰囲気センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は従来の奪熱雰囲気検出装置の構
造、および該奪熱雰囲気検出装置に用いる感熱抵抗素子
の構造を示す図であり、図6は図5の奪熱雰囲気検出装
置に用いられるブリッジ回路を示した図である。
【0003】図5(A)に示すように、同一特性の2個
の感熱抵抗素子21、22は、リード端子としてのピン
24を介して異なるステム26に半田付け、あるいは溶
接等により固定されている。感熱抵抗素子21を固定し
たステム26には、通気孔を設けた金属管のキャップ2
5が被せられている。一方、感熱抵抗素子22を固定し
たステム26には、極低温(−40℃程度)条件にて金
属管のキャップ25´が被せられている。
【0004】これにより、感熱抵抗素子21は外気に晒
された状態になり、感熱抵抗素子22は乾燥雰囲気中に
封入される。
【0005】図5(B)に示すように、感熱抵抗素子2
1,22は、バルク感熱抵抗体32の表面と裏面に電極
31を焼き付け、さらに電極31にリード線33を取り
付けて構成されている。
【0006】図6に示すように、2個の感熱抵抗素子2
1,22を備えた奪熱雰囲気検出装置は、2個の感熱抵
抗素子21,22をそれぞれRHT,RT とし、RHTとR
T を互いに異なるブリッジ辺とするホイートストンブリ
ッジ回路を形成している。
【0007】ここで、2個の感熱抵抗素子21,22の
温度−抵抗特性および抵抗値は等しい。
【0008】以下に従来の奪熱雰囲気検出装置の動作を
説明する。
【0009】感熱抵抗素子21,22は、リード線33
に電圧を印加すると発熱し、周囲温度よりも高くなる。
このとき、感熱抵抗素子21,22の温度は前記発熱の
消費に寄与する電力と、前記発熱の熱放散とにより決定
される。そのため、感熱抵抗素子21は大気中の水蒸気
による熱伝導が作用して熱放散が大きくなるため感熱抵
抗素子21の温度は感熱抵抗素子22の温度よりも小さ
くなる。
【0010】これにより、水蒸気の量(湿気の多少)あ
るいは流体の流速に応じて感熱抵抗素子21,22間に
温度差が生じ、その温度差に対応して発生する抵抗の差
を固定抵抗R3 の両端電圧VOUT にて検出し、大気中の
絶対湿度および流体の流速を検出することができる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の奪熱雰囲気検出
装置では、電圧印加時、温度変化時又は湿度変化の間に
おいて、バルク感熱抵抗体21,22全体の温度が均一
になるまでの熱的均衡に時間がかかり、感熱抵抗素子2
1,22の抵抗値が不安定になりやすい。それゆえ従来
の奪熱雰囲気検出装置は、ブリッジバランス出力が安定
するまでに長い時間を要し、応答性が悪いという問題が
ある。
【0012】又、バルク感熱抵抗体の表面は経時変化を
起こしやすいのでバルク感熱抵抗体の表面にコーティン
グを施す必要がある。そのため、更に応答性が悪くなる
という問題が生じる。
【0013】本発明はかかる問題を解決し、応答性に優
れ、また経時変化が小さく常時安定して高精度に奪熱量
を検出できる奪熱雰囲気検出装置及び奪熱雰囲気検出装
置用の雰囲気センサを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、温度に
より透磁率が大きく変化する金属磁性酸化物膜を用いた
インダクタンス素子を二つ用いて、一方のインダクタン
ス素子をケース内に密封し、他方のインダクタンス素子
を被測定雰囲気に晒し、両インダクタンス素子のインダ
クタンスの差を検出して、被測定雰囲気の奪熱量を検出
することを特徴とする奪熱雰囲気検出装置が得られる。
【0015】さらに本発明によれば、前記二つのインダ
クタンス素子がブリッジ接続されていることを特徴とす
る奪熱雰囲気検出装置が得られる。
【0016】又、本発明によれば、前記両インダクタン
ス素子の各々が、基板と、該基板の表面に形成されるヒ
ータ部と、該ヒータ部の上に形成される金属磁性酸化物
膜と、前記基板の裏面に形成された導体パターンとから
なり、前記インダクタンス素子の一方がケース中に密封
され、前記インダクタンス素子の他方が通気孔を有する
ケース中に設けられていることを特徴とする奪熱雰囲気
検出装置用の雰囲気センサが得られる。
【0017】さらに本発明によれば、前記導体パターン
が蛇行状またはらせん状に形成されていることを特徴と
する奪熱雰囲気検出装置用の雰囲気センサが得られる。
【0018】さらに本発明によれば、前記金属磁性酸化
物膜がMn−Zn系金属磁性酸化物膜であることを特徴
とする奪熱雰囲気検出装置および奪熱雰囲気検出装置用
の雰囲気センサが得られる。
【0019】
【実施例】以下、図1,図2,図3及び図4を参照して
本発明の実施例を説明する。
【0020】図1に示すように、同一特性の2個の感熱
インダクタンス素子1,2は、リード端子としてのピン
4を介してそれぞれ異なるステム6,6´に半田付け、
あるいは溶接等により固定されている。感熱インダクタ
ンス素子1を固定したステム6には、通気孔3を設けた
金属管のキャップ5が被せられている。ステム6とキャ
ップ5によって通気孔3を有するケースを形成し、これ
により感熱インダクタンス素子1は外気に晒された状態
になる。一方、感熱インダクタンス素子2を固定したス
テム6´には、極低温(−40℃程度)条件にて金属管
のキャップ5´が被せられている。ステム6´とキャッ
プ5´によってケースを形成し、これにより感熱インダ
クタンス素子2は乾燥雰囲気中に封入された状態を維持
する。
【0021】図2は図1に示される雰囲気センサに用い
られる感熱インダクタンス素子の具体的な構造を示した
図である。
【0022】図2(A),図2(B)に示すように、薄
膜ヒータ10は、スパッタ法によりアルミナ基板8の表
面上に薄膜白金を蒸着し、さらにエッチング法により蛇
行状の薄膜ヒータ10をパターン形成した後、大気中で
800〜1100℃の温度範囲で熱処理して得られる。
続いて図2(C)に示すように、薄膜ヒータ10と同様
の工程でアルミナ基板8の裏面に、かつ薄膜ヒータ10
の真下の位置に蛇行状の導体パターン11が形成され
る。
【0023】その後、薄膜ヒータ10の上にMn−Zn
系の金属酸化物を材料とする磁性体を厚膜印刷し、それ
を約800℃で焼成し、感熱インダクタンス素子を得
る。
【0024】この感熱インダクタンス素子に用いられる
薄膜ヒータ用の導体パターン10の両端に引出し用リー
ド線7を溶接接続し、コイルとして形成される導体パタ
ーン11の両端に引出し用リード線7´を溶接接続す
る。
【0025】図2に示されるような感熱インダクタンス
素子1,2を、図1に示すように異なるステム6,6´
にそれぞれ半田付け、溶接により固定し奪熱雰囲気セン
サを得る。
【0026】次に図3に示すように、感熱インダクタン
ス素子1,2をそれぞれL1 ,L2とし、この2個の感
熱インダクタンス素子1,2をそれぞれ互いに異なるブ
リッジ辺とするホイートストンブリッジ回路を形成し、
感熱インダクタンス素子1と感熱インダクタンス素子2
とのインダクタンス値の差を検出可能とする。
【0027】本発明は、雰囲気に晒されている感熱イン
ダクタンス素子1と密封されている感熱インダクタンス
素子2とのインダクタンス値の差をもって、雰囲気の奪
熱量を検出するものであるから、雰囲気の測定に先立
ち、通気孔3を塞いだ状態で感熱インダクタンス素子1
に用いられる金属磁性酸化物と感熱インダクタンス素子
2に用いられる金属磁性酸化物の初透磁率を揃えブリッ
ジ回路出力VOUT を零になるよう平衡させておく必要が
ある。
【0028】ここで感熱インダクタンス素子1,2はヒ
ータ11によって加熱し、それぞれが発熱し、周囲温度
よりも高い温度になる。このとき初透磁率の温度特性は
図4に示されるように一定の条件下で温度が高くなるに
したがって大きくなるので、初透磁率も上昇し、それに
応じて感熱インダクタンス素子1,2のインダクタンス
値も大きくなる。所定時間経過後、感熱インダクタンス
素子1,2に用いる各金属磁性酸化物の温度は等しくな
り、インダクタンス値も等しくなる。この状態で、抵抗
3 の値を調節してブリッジ回路出力VOUT が零になる
ように平衡をとる。
【0029】以下、本発明の奪熱雰囲気検出装置を絶対
湿度センサとして用いた場合の水蒸気の量の測定方法を
説明する。感熱インダクタンス素子1,2に交流励磁電
圧を供給し、感熱インダクタンス素子1,2に用いられ
る各ヒータに電圧を印加すると、感熱インダクタンス素
子1は通気孔3から流入する大気中の水蒸気による熱伝
導が作用して熱放散が大きくなる。従って、感熱インダ
クタンス素子1の周囲温度は下がり、感熱インダクタン
ス素子1に用いる金属磁性酸化物の初透磁率も小さくな
り、それに応じて感熱インダクタンス素子1のインダク
タンス値も小さくなる。一方、感熱インダクタンス素子
2は密閉されているので、大気中の水蒸気による熱伝導
が作用せず温度は変化しない。
【0030】従って、感熱インダクタンス素子1及び感
熱インダクタンス素子2のインダクタンス値に差が生
じ、その差をブリッジ回路出力VOUT の電圧として得
る。
【0031】以上のように水蒸気の量をブリッジ回路出
力VOUT の電圧として検出することができる。
【0032】尚、本発明の奪熱雰囲気検出装置は水蒸気
の量を検出する絶対湿度センサのみならず、流体の流量
を検出するフローセンサとしても用いることができる。
【0033】即ち、絶対湿度センサの場合は水蒸気によ
る温度変化に伴うインダクタンスの変化分を測定するこ
とによって水蒸気の量を検出し、他方フローセンサの場
合は流体の流量の変化に対応する温度変化に伴うインダ
クタンスの変化分を測定することによって流量を検出す
ることができる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、感熱素子として、従来
の感熱抵抗素子の抵抗の温度特性に比べ温度に対する応
答性に優れている金属磁性酸化物の膜を用いた感熱イン
ダクタンス素子を用いているので、奪熱雰囲気の変化に
対する応答性を高めることができる。又、感熱インダク
タンス素子の金属磁性酸化物の厚膜は経時変化が少な
く、耐久性が高いため、耐久性の良い奪熱雰囲気検出装
置および奪熱雰囲気検出装置用の雰囲気センサを得るこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の雰囲気センサの構造を示す平面図であ
る。
【図2】図(A)は本発明の雰囲気センサに用いられる
感熱インダクタンス素子の上面図であり、図(B)は図
(A)の感熱インダクタンス素子の断面図であり、図
(C)は図(A)の感熱インダクタンス素子の下面図で
ある。
【図3】本発明の奪熱雰囲気検出装置に用いられるブリ
ッジ回路を示した図である。
【図4】本発明の奪熱雰囲気検出装置に用いられる磁性
体の初透磁率の温度特性を示す図である。
【図5】図(A)は従来の雰囲気センサの構造を示す平
面図であり、図(B)は図(A)の雰囲気センサに用い
られる感熱抵抗素子の構造を示す斜視図である。
【図6】従来の奪熱雰囲気検出装置に用いられるブリッ
ジ回路を示した図である。
【符号の説明】
1,2 感熱インダクタンス素子 3,23 通気孔 4,24 ピン端子 5,5´,25,25´ ケース 6,6´,26,26´ ステム 7,7´、33 リード線 8 アルミナ基板 9 金属磁性酸化物 10 薄膜ヒータ 11 導体パターン 21,22 感熱抵抗素子 31 電極 32 バルク感熱抵抗体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 27/72 - 27/90 G01N 27/00 - 27/24 G01N 25/00 - 25/72 JICSTファイル(JOIS)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 温度により透磁率が大きく変化する金属
    磁性酸化物膜を用いたインダクタンス素子を二つ用い
    て、一方のインダクタンス素子をケース内に密封し、他
    方のインダクタンス素子を被測定雰囲気に晒し、両イン
    ダクタンス素子のインダクタンスの差を検出して、被測
    定雰囲気の奪熱量を検出することを特徴とする奪熱雰囲
    気検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の奪熱雰囲気検出装置にお
    いて、前記二つのインダクタンス素子がブリッジ接続さ
    れていることを特徴とする奪熱雰囲気検出装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の奪熱雰囲気検出装置に用
    いる雰囲気センサにおいて、前記両インダクタンス素子
    の各々が、基板と、該基板の表面に形成されるヒータ部
    と、該ヒータ部の上に形成される金属磁性酸化物膜と、
    前記基板の裏面に形成された導体パターンとからなり、
    前記インダクタンス素子の一方がケース中に密封され、
    前記インダクタンス素子の他方が通気孔を有するケース
    中に設けられていることを特徴とする奪熱雰囲気検出装
    置用の雰囲気センサ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の奪熱雰囲気検出装置用の
    雰囲気センサにおいて、前記導体パターンが蛇行状また
    はらせん状に形成されていることを特徴とする奪熱雰囲
    気検出装置用の雰囲気センサ。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4記載の奪熱雰囲気検出装
    置および奪熱雰囲気検出装置に用いる雰囲気センサにお
    いて、前記金属磁性酸化物膜がMn−Zn系金属磁性酸
    化物膜であることを特徴とする奪熱雰囲気検出装置およ
    び奪熱雰囲気検出装置用の雰囲気センサ。
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