JP3537595B2 - 熱型湿度センサの温度制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、熱型湿度センサ
の温度制御回路に関し、特に、湿度センサの発熱部を所
定の２つ以上の一定温度に切り替えて、これらの出力か
ら湿度を算出するようにした熱型湿度センサの温度制御
回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本願発明者は、先に発熱部の湿度による
放熱状態の変化から湿度を算出する熱型湿度センサの発
熱部を周囲温度以上で、かつ、２つ以上の所定の一定温
度に切り替え、これらの各一定温度における回路出力情
報から湿度を算出するようにした湿度センサの温度制御
回路を開発している（「発熱抵抗体の温度制御回路」／
特願平７ー１５０４４０号）。

【０００３】この技術にあっては、ホイートストンブリ
ッジの一辺に熱型湿度センサを挿入し、他の対応する比
例辺の一辺に熱型湿度センサの発熱部が所定の一定温度
になったときに示す発熱部の電気抵抗値に等しい抵抗を
挿入し、ホイートストンブリッジがブリッジバランスを
保持しているときには、熱型湿度センサの発熱部が所定
の一定温度になったことを意味するという性質を利用
し、上記ホイートストンブリッジのバランス検出用出力
端子からの信号を差動増幅器に入力して、その出力をホ
イートストンブリッジに帰還する温度制御回路を提案し
ている。

【０００４】また、この温度制御回路では他の異なる所
定の一定温度に熱型湿度センサの発熱部を設定するため
には、先の比例辺とは別で所定の一定温度に設定できる
比例辺を新たに設けた、いわゆる二重のホイートストン
ブリッジを構築し、スイッチの切り替えにより選択でき
るようにも構成してある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このホ
イートストンブリッジを用いた温度制御回路において、
ホイートストンブリッジの感度を上げるには、ホイート
ストンブリッジの辺で熱型湿度センサと直列に接続して
ある抵抗がほぼ熱型湿度センサの発熱部の抵抗値に等し
い方がよく、このためには、熱型湿度センサに印加され
る電圧のほぼ二倍の電圧をホイートストンブリッジに印
加する必要があり、その結果、乾電池駆動などの低電圧
化には問題があった。

【０００６】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、発熱部の湿度による放熱状態の
変化から湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を周囲
温度以上で、かつ、２つ以上の所定の一定温度に切り替
えて、これらの各一定温度における回路出力情報から湿
度を算出するようにした熱型湿度センサの温度制御回路
において、小さな電源電圧で有効に熱型湿度センサの発
熱部を加熱でき、かつ、不確定で大きな内部抵抗を有す
る半導体スイッチなどで回路切り替えを行う際、半導体
スイッチなどの内部抵抗が無視できるような熱型湿度セ
ンサの温度制御回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る熱型湿度センサの温度制御回路
は、湿度によって変化する放熱状態に基づいて湿度を算
出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵抗を備える
第１の演算増幅手段と、前記第１の演算増幅手段と並列
に複数設けられ、各々が前記発熱部の温度ごとに定めら
れる前記抵抗の抵抗値と等しい抵抗値の抵抗を備える第
２の演算増幅手段と、複数の前記第２の演算増幅手段の
うち、いずれかを選択するスイッチと、前記第１の演算
増幅手段が出力した電圧値と、前記スイッチによって選
択された前記第２の演算増幅手段が出力した電圧値とを
入力し、差分の電圧値を出力する差動増幅手段と、を備
えてなり、前記差動増幅手段が出力した電圧値を前記発
熱部を構成する抵抗に帰還することによって前記スイッ
チによって選択された前記第２の演算増幅手段が備える
抵抗の抵抗値に対応する温度に前記熱型湿度センサの発
熱部を制御するものである。

【０００８】また、請求項２に係る熱型湿度センサの温
度制御回路は、湿度によって変化する放熱状態に基づい
て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
抗を備える演算増幅回路（Ａｓ）と、前記演算増幅回路
（Ａｓ）と並列に複数設けられ、各々が前記発熱部の温
度ごとに定められる前記抵抗の抵抗値と等しい抵抗値の
抵抗を備える演算増幅回路（Ａ１，Ａ２）と、複数の前
記演算増幅回路（Ａ１，Ａ２）のうち、いずれかを選択
するスイッチ（Ｓｌ，Ｓｈ）と、前記演算増幅回路（Ａ
ｓ）が出力した電圧値と、前記スイッチ（Ｓｌ，Ｓｈ）
によって選択された演算増幅回路（Ａ１，Ａ２）が出力
した電圧値とを入力し、差分の電圧値を出力する差動増
幅回路（Ａ０）と、を備えてなり、前記差動増幅回路
（Ａ０）が出力した電圧値を前記発熱部となる抵抗に帰
還することによって前記スイッチ（Ｓｌ，Ｓｈ）によっ
て選択された演算増幅回路（Ａ１，Ａ２）が備える抵抗
の抵抗値に対応する温度に前記熱型湿度センサの発熱部
を制御するものである。

【０００９】すなわち、この発明に係る熱型湿度センサ
の温度制御回路は、演算増幅回路の差動入力端子間はイ
マージナリショートとなり、入力抵抗と帰還抵抗には同
一の電流が流れるという性質を利用したものであって、
上記請求項１、２に係る熱型湿度センサの温度制御回路
にあっては、熱型湿度センサを接続した１つの演算増幅
回路Ａｓを設けておき、熱型湿度センサの発熱部が、例
えば、所定の２つの一定温度Ｔ１またはＴ２に達したと
きに、この演算増幅回路Ａｓが発生するそれぞれの出力
と等しい出力を発生する演算増幅回路Ａ１とＡ２とをこ
の演算増幅回路Ａｓと並列に設けておき、熱型湿度セン
サを一定温度Ｔ１にしたい場合には、これに対応する演
算増幅回路Ａ１をスイッチにより選択して、その出力と
演算増幅回路Ａｓからの出力とを差動増幅回路に入力し
て比較し、その出力を帰還して熱型湿度センサの発熱部
を所定の一定温度Ｔ１になるように制御するものであ
る。

【００１０】また、請求項３に係る熱型湿度センサの温
度制御回路は、湿度によって変化する放熱状態に基づい
て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
抗を備えると共に、前記発熱部が第１の所定の温度にな
ったときに前記抵抗が有する抵抗値のＫ倍の抵抗値を持
つ抵抗を備える第１の演算増幅手段と、前記第１の演算
増幅手段と並列に設けられると共に、前記第１の演算増
幅手段が備える前記発熱部を構成する抵抗を共有し、か
つ、前記発熱部が第２の所定の温度になったときに前記
発熱部を構成する抵抗が有する抵抗値のＫ倍の抵抗値を
持つ抵抗を備える第２の演算増幅手段と、前記第１の演
算増幅手段および前記第２の演算増幅手段と並列に接続
され、その増幅率がＫとなるように設定された参照用演
算増幅手段と、前記第１の演算増幅手段および前記第２
の演算増幅手段のうちいずれかを選択するスイッチと、
前記スイッチによって選択された前記第１の演算増幅手
段または前記第２の演算増幅手段からの出力と前記参照
用演算増幅手段からの出力とを入力し、差分の電圧値を
出力する差動増幅手段と、を備えてなり、前記差動増幅
手段が出力した電圧値を前記発熱部となる抵抗に帰還す
ることによって前記スイッチによって選択された前記第
１の演算増幅手段または前記第２の演算増幅手段が備え
る抵抗の抵抗値に対応する温度に前記熱型湿度センサの
発熱部を制御するものである。

【００１１】また、請求項４に係る熱型湿度センサの温
度制御回路は、湿度によって変化する放熱状態に基づい
て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
抗（Ｒｓ）を備えると共に、前記発熱部が所定の温度
（Ｔ１）になったときに抵抗（Ｒｓ）が有する抵抗値
（Ｒ１）のＫ倍の抵抗値を持つ抵抗（ＫＲ１）を備える
演算増幅回路（Ａｓ１）と、前記演算増幅回路（Ａｓ
１）と並列に設けられると共に、前記演算増幅回路（Ａ
ｓ１）が備える抵抗（Ｒｓ）を共有し、かつ、前記発熱
部が所定の温度（Ｔ２）になったときに抵抗（Ｒｓ）が
有する抵抗値（Ｒｈ）のＫ倍の抵抗値を持つ抵抗（ＫＲ
ｈ）を備える演算増幅回路（Ａｓ２）と、前記演算増幅
回路（Ａｓ１，Ａｓ２）と並列に接続され、その増幅率
がＫとなるように設定された参照用演算増幅回路（Ａ
ｒ）と、前記演算増幅回路（Ａｓ１，Ａｓ２）のうちい
ずれかを選択するスイッチ（Ｓｌ１，Ｓｌ２，Ｓｈ１，
Ｓｈ２）と、前記スイッチ（Ｓｌ１，Ｓｌ２，Ｓｈ１，
Ｓｈ２）によって選択された演算増幅回路からの出力
（Ｖｓ）と前記演算増幅回路（Ａｒ）からの出力とを入
力し、差分の電圧値を出力する差動増幅回路（Ａ０）
と、を備えてなり、前記差動増幅回路（Ａ０）が出力し
た電圧値を前記発熱部となる抵抗（Ｒｓ）に帰還するこ
とによって前記スイッチ（Ｓｌ１，Ｓｌ２，Ｓｈ１，Ｓ
ｈ２）によって選択された前記演算増幅回路（Ａｓ１，
Ａｓ２）が備える抵抗の抵抗値に対応する温度に前記熱
型湿度センサの発熱部を制御するものである。

【００１２】また、上記請求項３、４に係る熱型湿度セ
ンサの温度制御回路にあっては、２つ以上の演算増幅回
路Ａｓ１、Ａｓ２に熱型湿度センサを共通の入力抵抗と
してそれぞれの入力端子に接続し、熱型湿度センサの発
熱部が、例えば、所定の２つの一定温度Ｔ１またはＴ２
に達したとき、熱型湿度センサの発熱部のそれらの温度
での予想される電気抵抗値のＫ倍に等しい抵抗を対応す
るそれぞれの演算増幅回路Ａｓ１、Ａｓ２の帰還回路に
半導体スイッチなどで切り替えが可能なように接続する
と共に、これらのうちの一つの演算増幅回路が選択でき
るようにしておき、さらにこの演算増幅回路Ａｓ１、Ａ
ｓ２と並列に増幅率がＫとなるようにした参照用演算増
幅回路Ａｒを接続しておき、熱型湿度センサの発熱部を
例えば一定温度Ｔ１にするときには、熱型湿度センサの
発熱部が温度Ｔ１に達したときに予想される電気抵抗値
のＫ倍に等しい抵抗を帰還抵抗とする演算増幅回路Ａｓ
１を半導体スイッチなどで切り替え選択し、そのときの
演算増幅回路Ａｓ１の出力Ｖｓと参照用演算増幅回路Ａ
ｒの出力Ｖｒとを差動増幅回路に入力して比較し、その
出力Ｖｏの一部または全部を帰還して熱型湿度センサの
発熱部が所定の一定温度となるように制御するものであ
る。この場合、Ｋはもちろん１であってもよい。

【００１３】また、請求項５に係る熱型湿度センサの温
度制御回路は、前記演算増幅手段あるいは演算増幅回路
の選択動作は、半導体スイッチにより実行するものであ
る。すなわち、スイッチを半導体スイッチとすることに
よって、回路自体の動作を高速にすることができる。

【００１４】また、請求項６に係る熱型湿度センサの温
度制御回路は、前記熱型湿度センサの発熱部は、単結晶
シリコンで形成したものであり、その寸法が厚み約３μ
ｍ、面積１７５×１７５μｍ角、橋の長さも含む全長が
３００μｍで、この絶縁薄膜上にジグザグパターンのＰ
ｔ薄膜を発熱体とした薄膜ヒータである。

【００１５】すなわち、単結晶シリコンにマイクロマシ
ン技術で形成した熱型湿度センサの発熱部の寸法が厚み
約３μｍ、面積１７５×１７５μｍ角、橋の長さも含む
全長が３００μｍで、この絶縁薄膜上にジグザグパター
ンのＰｔ薄膜を発熱体とした薄膜ヒータの空気中におけ
る熱時定数は約３５ｍｓｅｃであり、例えば、１ｓｅｃ
間の間隔を空けて５０ｍｓｅｃ間の電流を交互に流す
と、消費電力を極めて軽減できる。

【００１６】また、請求項７に係る熱型湿度センサの温
度制御回路は、前記差動増幅手段あるいは差動増幅回路
の入力側や出力側に抵抗やキャパシタを挿入するもので
ある。すなわち、差動増幅器の入力側や出力側に抵抗や
キャパシタを挿入することにより、スイッチ切り替え時
における過度応答特性を和らげることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明に係る熱型湿度セ
ンサの温度制御回路の実施の形態について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１８】（実施の形態１）図１は、この発明に係る
熱型湿度センサの温度制御回路の実施の形態１を示す回
路図である。この実施の形態１に係る温度制御回路は、
熱型湿度センサの発熱部の（電気）抵抗値がＲｓである
抵抗Ｒｓを演算増幅回路Ａｓの入力端子に接続し、所定
の２つの異なる一定温度Ｔ１，Ｔ２に維持させるため
に、演算増幅回路Ａｓと並列に一定温度Ｔ１，Ｔ２にそ
れぞれ対応する演算増幅回路Ａ１、Ａ２を接続し、どち
らかをスイッチＳｌあるいはＳｈにより選択して、これ
から出力ＶｌあるいはＶｈを取り出し、演算増幅回路Ａ
ｓの出力Ｖｓと比較するため差動増幅器Ａ０にこの出力
Ｖｓと選択された出力ＶｌあるいはＶｈとを入力し、そ
の出力Ｖｏを再び熱型湿度センサ側に帰還させて、所定
の一定温度Ｔ１またはＴ２になるように制御するもので
ある。

【００１９】熱型湿度センサの発熱部の抵抗Ｒｓは抵抗
温度係数を有するため、温度Ｔ依存性がある。一般には
熱型湿度センサの発熱部は白金（Ｐｔ）などの金属なの
で、正の抵抗温度係数を有している。従って、熱型湿度
センサによって湿度を測定する動作温度は４００〜５０
０℃では抵抗値は室温に比べて非常に高くなる。例え
ば、Ｐｔ薄膜抵抗の場合、２５℃で２００Ωの抵抗値が
１２０℃では約２４０Ωの抵抗値となり、４５０℃では
４５０Ω程度の抵抗値となる。逆に、熱型湿度センサの
発熱部の抵抗Ｒｓの値を測定すれば、その発熱部の平均
温度を知ることができる。

【００２０】従って、熱型湿度センサを入力端子に接続
した演算増幅回路Ａｓと同等な演算増幅回路Ａ１を用意
し、温度Ｔ１（例えば、１２０℃）になったときの熱型
湿度センサの発熱部の抵抗Ｒｓ＝Ｒｌ（例えば、Ｒｌ＝
２４０Ω）を演算増幅回路Ａ１の入力端子に接続して、
演算増幅回路Ａｓの出力Ｖｓと演算増幅回路Ａ１の出力
Ｖｌとを差動増幅器Ａ０に入力すれば、その出力Ｖｏ
は、Ｒｓ＞Ｒｌのときには小さくなり、逆に、Ｒｓ＜Ｒ
ｌのときは大きくなるので、Ｒｓ＝Ｒｌになるように、
すなわち、熱型湿度センサの発熱部の温度Ｔが温度Ｔ１
に等しくなるように自動的に制御される。

【００２１】また、同様に、演算増幅回路Ａ１の代わり
に演算増幅回路Ａ２を用意し、温度Ｔ２（例えば、４５
０℃）になったときの熱型湿度センサの発熱部の抵抗Ｒ
ｓ＝Ｒｈ（例えば、Ｒｈ＝４５０Ω）をこの演算増幅回
路Ａ２の入力端子に接続して、その出力Ｖｈと演算増幅
回路Ａｓからの出力Ｖｓとを差動増幅器Ａ０に入力すれ
ば、熱型湿度センサの発熱部の温度Ｔが温度Ｔ２に等し
くなるように自動的に制御される。

【００２２】演算増幅回路では、帰還抵抗値を入力抵抗
値で割り算した値が増幅率になるので、帰還抵抗値と入
力抵抗値とに同一の倍率を掛けた値の抵抗値を採用して
も増幅率は何ら変化しない。

【００２３】例えば、演算増幅回路Ａ１の入力抵抗とし
て、Ｒｌの代わりにαＲｌを、帰還抵抗としてＲ０の代
わりにαＲ０を同時に採用しても良い。例えば、αとし
て１０倍を採用すれば、αＲｌは２４００Ωとなり、こ
の演算増幅回路Ａ１での電力消費を小さくできるという
利点がある。同様に、演算増幅回路Ａ２においても入力
抵抗としてＲｈの代わりに、βＲｈを採用し、帰還抵抗
としてβＲ０を採用することができる。この場合、もち
ろんβとして任意の値でよく、例えば、５でも１０でも
よい。

【００２４】この発明では、例えば、上述のように熱型
湿度センサの発熱部を所定の２つの一定温度Ｔ１とＴ２
にするには、半導体スイッチなどのスイッチＳｌ、Ｓｈ
で演算増幅回路Ａ１の出力Ｖｌと演算増幅回路Ａ２の出
力Ｖｈとを切り替えられるようにしている。

【００２５】また、上述の演算増幅回路は、演算増幅機
能を有する回路であれば良く、必ずしも単体の演算増幅
回路を組み合わせた回路とする必要はない。

【００２６】つぎに、実施の形態１に係る熱型湿度セン
サの温度制御回路の動作について説明する。演算増幅回
路Ａ１の出力側に設けたスイッチＳｌを閉じ、演算増幅
回路Ａ２の出力側に設けたスイッチＳｈを開放すると、
演算増幅回路Ａ１が選択されたことになり、演算増幅回
路Ａ１と演算増幅回路Ａ２の出力側の差動増幅器Ａ０の
入力端子に接続したスイッチＳｇを開放しておくと、出
力Ｖｌと演算増幅回路Ａｓの出力Ｖｓとが差動増幅器Ａ
０に入力され比較される。

【００２７】このとき、熱型湿度センサの発熱部の温度
Ｔが、所定の設定された温度Ｔ＝Ｔ１である１２０℃
（例えば、熱型湿度センサの発熱部の抵抗が１２０℃に
おいて２４０Ωになるとき、Ｒｌとして２４０Ωを選
ぶ）より低ければ、差動増幅器Ａ０の出力Ｖｏが大きく
なり、熱型湿度センサの発熱部に大きな電流が流れ、こ
れを加熱し、１２０℃に近づけるように動作する。

【００２８】また、１２０℃以上になろうとすると差動
増幅器Ａ０の出力Ｖｏが急速にゼロに近づき熱型湿度セ
ンサへの電流供給が減少するので、冷却される。このよ
うにして熱型湿度センサの発熱部の温度Ｔが１２０℃に
維持される。

【００２９】この場合、熱型湿度センサを除く抵抗は抵
抗温度係数がゼロの方が望ましいが、熱容量が大きいも
のを選んであるので、たとえ抵抗温度係数がゼロでなく
とも温度上昇は無視することができる。

【００３０】つぎに、演算増幅回路Ａ１の出力側に設け
たスイッチＳｌを開放し、演算増幅回路Ａ２の出力側に
設けたスイッチＳｈを閉じると、同様にして演算増幅回
路Ａ２が選択されたことになり、演算増幅回路Ａ１と演
算増幅回路Ａ２の出力側の差動増幅器Ａ０の入力端子に
接続したスイッチＳｇを開放しておくと、出力Ｖｈと演
算増幅回路Ａｓからの出力Ｖｓとが差動増幅器Ａ０に入
力され比較される。例えば、熱型湿度センサの発熱部の
抵抗が４５０℃において４５０Ωになるとき、Ｒｈとし
て４５０Ωを選ぶと、上述と同様な原理で、熱型湿度セ
ンサの発熱部の温度Ｔが４５０℃に維持される。

【００３１】また、スイッチＳｌとスイッチＳｈとを半
導体スイッチとすれば、高速に動作させることができ、
例えば、ある間隔を空けて５０ｍｓｅｃ間づつ交互に演
算増幅回路Ａ１と演算増幅回路Ａ２とを選択し、熱型湿
度センサの発熱部の温度ＴをＴ１（この場合、１２０
℃）とＴ２（この場合、４５０℃）とに変化させること
ができる。

【００３２】さらに、単結晶シリコンにマイクロマシン
技術で形成した熱型湿度センサの発熱部の寸法が厚み約
３μｍ、面積１７５×１７５μｍ角、橋の長さも含む全
長が３００μｍで、この絶縁薄膜上にジグザグパターン
のＰｔ薄膜を発熱体とした薄膜ヒータの空気中における
熱時定数は約３５ｍｓｅｃであり、例えば、１ｓｅｃ間
の間隔を空けて５０ｍｓｅｃ間の電流を交互に流すと、
消費電力が極めて軽減でき、約１５ｍｓｅｃ間上記のＴ
１である１２０℃とＴ２である４５０℃とに維持される
ことになる。

【００３３】なお、スイッチＳｌとスイッチＳｈとを交
互に切り替えるときに、スイッチＳｌとスイッチＳｈと
も開放にすると共に、スイッチＳｇを閉じれば、差動増
幅器Ａ０の入力がゼロに等しくなり、熱型湿度センサに
は電流が流れなくなって、電力消費が少なくて済む。

【００３４】また、差動増幅器Ａ０の入力側や出力側に
抵抗やキャパシタを挿入することにより、スイッチ切り
替え時における過度応答特性を和らげることができる。

【００３５】一個の熱型湿度センサを用いて、室温の影
響を取り除いた湿度の検出原理は以下のとおりである。
すなわち、湿潤した空気の熱伝導率の湿度依存性を調べ
てみると、温度が室温約１００℃以下では、湿潤した空
気の熱伝導率は乾燥空気より小さく、温度約１００℃か
ら１５０℃の間では、乾燥した空気の場合とほとんど変
わらず、これ以上の温度では、湿度が大きいほど大きく
なるという性質がある。従って、約１００℃から１５０
℃の温度範囲では、湿潤した空気の熱伝導率の湿度依存
性に基づく熱型湿度センサは、湿度測定ができなくな
る。

【００３６】この性質を利用して、約１００℃から１５
０℃の温度範囲の中の、例えば、Ｔ１＝１２０℃を選
び、この熱伝導率の湿度に無関係な温度を基準として、
湿度依存性の非常に大きいＴ２＝４５０℃において、絶
対湿度Ｈを計測する。これは１５０℃以上の温度では、
絶対湿度Ｈが大きいほど湿潤空気の熱伝導率が大きくな
るので、熱型湿度センサの発熱部は冷却され、ここをＴ
２＝４５０℃に維持するには、その分、差動増幅器Ａ０
の出力電圧Ｖ０を大きくして熱型湿度センサに流す電流
を大きくしなければならない。

【００３７】本実施の形態に係る熱型湿度センサの温度
制御回路では、自動的のこの動作が達成される。従っ
て、差動増幅器Ａ０の出力電圧Ｖｏの変化を検出するこ
とにより、熱型湿度センサの発熱部をＴ２＝４５０℃に
維持するに必要な電流、すなわち、湿度に不感帯の温度
であるＴ１＝１２０℃を基準にして、公知の実験式を用
いて対応する絶対湿度Ｈを検出することができる。

【００３８】そのためには、差動増幅器Ａ０の出力電圧
Ｖ０を演算回路Ｃに入力し、温度情報等に基づいて絶対
湿度Ｈや相対湿度を算出し、演算回路Ｃから時時刻刻と
演算される絶対湿度Ｈや相対湿度、さらには温度情報な
どを表示装置やコンピュータ等に出力させることもでき
る。

【００３９】ここでは、熱型湿度センサの発熱部は非常
に熱容量が小さいので、その付近の湿潤空気の水蒸気の
絶対量は、室温のときとほとんど変わらず、ただ湿潤空
気の温度だけは、局所的にＴ１＝１２０℃やＴ２＝４５
０℃になって平衡しているという仮定をおいている。

【００４０】この実施の形態１の回路にあっては、半導
体スイッチなどのため、そのスイッチを閉じても内部抵
抗が比較的大きく定まっていない場合、例えば、８０Ω
程度の場合でも、差動増幅器Ａ０の入力抵抗が比較的大
きいので、その効果が無視できるようになっている。

【００４１】（実施の形態２）図２は、この発明の実施
の形態２に係る熱型湿度センサの温度制御回路を示す回
路図であり、熱型湿度センサの発熱部の抵抗Ｒｓを演算
増幅回路Ａｓの帰還回路に挿入した場合のものであっ
て、実施の形態１の図１に示した回路のＲｓとＲ０、Ｒ
ｌとＲ０およびＲｈとＲ０とを交換して接続した回路で
あり、実施の形態１と同様に所定の一定温度Ｔ１または
Ｔ２に成るように制御する回路である。動作原理と効果
は実施の形態１と同様のものとなる。

【００４２】（実施の形態３）図３は、実施の形態３に
係る熱型湿度センサの温度制御回路を示す回路図であ
り、熱型湿度センサの発熱部の抵抗Ｒｓを２つの演算増
幅回路Ａｓ１とＡｓ２の入力端子で共有する場合におけ
る熱型湿度センサの発熱部が所定の一定温度Ｔ１または
Ｔ２に成るように制御する回路である。

【００４３】図３に示した回路は、熱型湿度センサの発
熱部の抵抗Ｒｓに流す電流そのものを熱型湿度センサの
発熱部の温度がＴ＝Ｔ１あるいはＴ＝Ｔ２になったとき
に予想される抵抗であるＲｌまたはＲｈのそれぞれのＫ
倍の抵抗にスイッチ切り替えにより流すようにしたもの
で、これらの出力ＶｓとＫ倍の増幅率を有する演算増幅
回路Ａｒの出力（参照電圧）Ｖｒとを差動増幅させるた
めの差動増幅器Ａ０を用意し、他の部分は実施の形態１
と同様に熱型湿度センサの発熱部が所定の一定温度Ｔ１
またはＴ２に成るように制御する回路である。

【００４４】この実施の形態３にあっては、熱型湿度セ
ンサの発熱部の抵抗Ｒｓを共有する２つの演算増幅回路
Ａｓ１とＡｓ２の切り替えスイッチは、共有する抵抗Ｒ
ｓを流れる電流が同時に両方に分流して流れることを防
止するために、Ｓｌ１とＳｌ２およびＳｈ１とＳｈ２い
うようにそれぞれ２個づつ必要で、それぞれを同時に閉
じるか、開放するかが求められる。

【００４５】また、熱型湿度センサの抵抗Ｒｓに電流を
流さないようにするには、演算増幅回路Ａｒの出力部に
設けたスイッチＳｒを開放し、参照電圧Ｖｒをゼロにす
るためスイッチＳｇを閉じればよい。

【００４６】上述の実施の形態１〜３の演算増幅回路、
差動増幅器や熱型湿度センサを除く抵抗などの電子部品
をモノリシックに形成し、集積化することもできる。特
に抵抗は最後にレーザトリミングなどで微細な調整をす
ることもできる。もちろん、熱型湿度センサ自体も演算
増幅回路や差動増幅器と共に、例えば、同一のシリコン
基板上に形成することもできるし、他のセンサ、例え
ば、温度センサやフローセンサ等と共に集積化すること
もできる。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜４に係
る熱型湿度センサの温度制御回路にあっては、熱型湿度
センサの発熱部を周囲温度以上で、かつ、２つ以上の所
定の一定温度に切り替えるのに、演算増幅回路には演算
増幅回路の差動入力端子間はイマージナリショートとな
り、入力抵抗と帰還抵抗には同一の電流が流れるという
性質があることを利用し、所定の設定温度の数の演算増
幅回路と他の１個の参照用の演算増幅回路とを用い、半
導体スイッチなどのスイッチを用いて差動増幅器に入力
しているので、従来のホイートストンブリッジを用いた
回路に比べ、熱型湿度センサの発熱部に小さな電圧で有
効に電力供給が可能となり、しかも差動増幅器の入力イ
ンピーダンスが大きいので、不確定で大きな内部抵抗を
有する半導体スイッチなどの内部抵抗が無視できるよう
な温度制御回路を得ることができる。

【００４８】また、請求項５に係る熱型湿度センサの温
度制御回路にあっては、演算増幅手段あるいは演算増幅
回路の選択動作を、半導体スイッチにより実行するの
で、回路自体の動作を高速にすることができる。

【００４９】また、請求項６に係る熱型湿度センサの温
度制御回路にあっては、熱型湿度センサの発熱部が、単
結晶シリコンにマイクロマシン技術で形成したものであ
り、その寸法が厚み約３μｍ、面積１７５×１７５μｍ
角、橋の長さも含む全長が３００μｍで、この絶縁薄膜
上にジグザグパターンのＰｔ薄膜を発熱体とした薄膜ヒ
ータであるので、空気中における熱時定数は約３５ｍｓ
ｅｃであって、例えば、１ｓｅｃ間の間隔を空けて５０
ｍｓｅｃ間の電流を交互に流すと、消費電力を極めて軽
減することができる。

【００５０】また、請求項７に係る熱型湿度センサの温
度制御回路にあっては、差動増幅手段あるいは差動増幅
回路の入力側や出力側に抵抗やキャパシタを挿入するこ
とにより、スイッチ切り替え時における過度応答特性を
和らげることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る熱型湿度センサの温度制御
回路の概略構成を示す回路図である。

【図２】実施の形態２に係る熱型湿度センサの温度制御
回路の概略構成を示す回路図である。

【図３】実施の形態３に係る熱型湿度センサの温度制御
回路の概略構成を示す回路図である。

【符号の説明】

Ａｓ，Ａ１，Ａ２，Ａｓ１，Ａｓ２，Ａｒ 演算増幅器 Ａ０ 差動増幅器 Ｓｌ，Ｓｈ，Ｓｇ，Ｓｒ スイッチ Ｒｓ 抵抗 Ｃ 演算回路

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−184575（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−184576（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−50109（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−113777（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 湿度によって変化する放熱状態に基づい
   て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
   抗を備える第１の演算増幅手段と、前記第１の演算増幅手段と並列に複数設けられ、各々が
   前記発熱部の温度ごとに定められる前記抵抗の抵抗値と
   等しい抵抗値の抵抗を備える第２の演算増幅手段と 、複数の前記第２の演算増幅手段のうち、いずれかを選択
   するスイッチと、 前記第１の演算増幅手段が出力した電圧値と、前記スイ
   ッチによって選択された前記第２の演算増幅手段が出力
   した電圧値とを入力し、差分の電圧値を出力する差動増
   幅手段と、 を備えてなり、 前記差動増幅手段が出力した電圧値を前記発熱部を構成
   する抵抗に帰還することによって前記スイッチによって
   選択された前記第２の演算増幅手段が備える抵抗の抵抗
   値に対応する温度に前記熱型湿度センサの発熱部を制御
   する ことを特徴とする熱型湿度センサの温度制御回路。
2. 【請求項２】 湿度によって変化する放熱状態に基づい
   て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
   抗を備える演算増幅回路（Ａｓ）と、 前記演算増幅回路（Ａｓ）と並列に複数設けられ、各々
   が前記発熱部の温度ごとに定められる前記抵抗の抵抗値
   と等しい抵抗値の抵抗を備える演算増幅回路（Ａ１，Ａ
   ２）と、 複数の前記演算増幅回路（Ａ１，Ａ２）のうち、いずれ
   かを選択するスイッチ（Ｓｌ，Ｓｈ）と、 前記演算増幅回路（Ａｓ）が出力した電圧値と、前記ス
   イッチ（Ｓｌ，Ｓｈ）によって選択された演算増幅回路
   （Ａ１，Ａ２）が出力した電圧値とを入力し、差分の電
   圧値を出力する差動増幅回路（Ａ０）と、 を備えてなり、 前記差動増幅回路（Ａ０）が出力した電圧値を前記発熱
   部となる抵抗に帰還することによって前記スイッチ（Ｓ
   ｌ，Ｓｈ）によって選択された演算増幅回路（Ａ１，Ａ
   ２）が備える抵抗の抵抗値に対応する温度に前記熱型湿
   度センサの発熱部を制御することを特徴とする熱型湿度
   センサの温度制御回路。
3. 【請求項３】 湿度によって変化する放熱状態に基づい
   て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
   抗を備えると共に、前記発熱部が第１の所定の温度にな
   ったときに前記抵抗が有する抵抗値のＫ倍の抵抗値を持
   つ抵抗を備える第１の演算増幅手段と、 前記第１の演算増幅手段と並列に設けられると共に、前
   記第１の演算増幅手段が備える前記発熱部を構成する抵
   抗を共有し、かつ、前記発熱部が第２の所定の温度にな
   ったときに前記発熱部を構成する抵抗が有する抵抗値の
   Ｋ倍の抵抗値を持つ抵抗を備える第２の演算増幅手段
   と、 前記第１の演算増幅手段および前記第２の演算増幅手段
   と並列に接続され、その増幅率がＫとなるように設定さ
   れた参照用演算増幅手段と、 前記第１の演算増幅手段および前記第２の演算増幅手段
   のうちいずれかを選択するスイッチと、 前記スイッチによって選択された前記第１の演算増幅手
   段または前記第２の演算増幅手段からの出力と前記参照
   用演算増幅手段からの出力とを入力し、差分の電圧値を
   出力する差動増幅手段と、 を備えてなり、 前記差動増幅手段が出力した電圧値を前記発熱部となる
   抵抗に帰還することによって前記スイッチによって選択
   された前記第１の演算増幅手段または前記第２の演算増
   幅手段が備える抵抗の抵抗値に対応する温度に前記熱型
   湿度センサの発熱部を制御することを特徴とする熱型湿
   度センサの温度制御回路。
4. 【請求項４】 湿度によって変化する放熱状態に基づい
   て湿度を算出する熱型湿度センサの発熱部を構成する抵
   抗（Ｒｓ）を備えると共に、前記発熱部が所定の温度
   （Ｔ１）になったときに抵抗（Ｒｓ）が有する抵抗値
   （Ｒ１）のＫ倍の抵抗値を持つ抵抗（ＫＲ１）を備える
   演算増幅回路（Ａｓ１）と、 前記演算増幅回路（Ａｓ１）と並列に設けられると共
   に、前記演算増幅回路（Ａｓ１）が備える抵抗（Ｒｓ）
   を共有し、かつ、前記発熱部が所定の温度（Ｔ２）にな
   ったときに抵抗（Ｒｓ）が有する抵抗値（Ｒｈ）のＫ倍
   の抵抗値を持つ抵抗（ＫＲｈ）を備える演算増幅回路
   （Ａｓ２）と、 前記演算増幅回路（Ａｓ１，Ａｓ２）と並列に接続さ
   れ、その増幅率がＫとなるように設定された参照用演算
   増幅回路（Ａｒ）と、 前記演算増幅回路（Ａｓ１，Ａｓ２）のうちいずれかを
   選択するスイッチ（Ｓｌ１，Ｓｌ２，Ｓｈ１，Ｓｈ２）
   と、 前記スイッチ（Ｓｌ１，Ｓｌ２，Ｓｈ１，Ｓｈ２）によ
   って選択された演算増幅回路からの出力（Ｖｓ）と前記
   演算増幅回路（Ａｒ）からの出力とを入力し、差分の電
   圧値を出力する差動増幅回路（Ａ０）と、 を備えてなり、 前記差動増幅回路（Ａ０）が出力した電圧値を前記発熱
   部となる抵抗（Ｒｓ）に帰還することによって前記スイ
   ッチ（Ｓｌ１，Ｓｌ２，Ｓｈ１，Ｓｈ２）によって選択
   された前記演算増幅回路（Ａｓ１，Ａｓ２）が備える抵
   抗の抵抗値に対応する温度に前記熱型湿度センサの発熱
   部を制御する ことを特徴とする熱型湿度センサの温度制
   御回路。
5. 【請求項５】 前記スイッチは、半導体スイッチである
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の
   熱型湿度センサの温度制御回路。
6. 【請求項６】 前記熱型湿度センサの発熱部は、単結晶
   シリコンで形成したものであり、その寸法が厚み約３μ
   ｍ、面積１７５×１７５μｍ角、橋の長さも含む全長が
   ３００μｍで、この絶縁薄膜上にジグザグパターンのＰ
   ｔ薄膜を発熱体とした薄膜ヒータであることを特徴とす
   る請求項１〜５のいずれか一つに記載の熱型湿度センサ
   の温度制御回路。
7. 【請求項７】 前記差動増幅手段の入力側及び出力側の
   少なくとも一方に抵抗やキャパシタを挿入することを特
   徴とする請求項１または３に記載の熱型湿度センサの温
   度制御回路。