JP5288483B2 - Temperature difference detector by Seebeck current integration - Google Patents

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  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

本発明は、熱電対を用いて温度差を検出するに当たり、信号対雑音比(S/N)を大きくさせて増幅させるようにした高感度な温度差検出装置に関するもので、熱電対を用いて温度差を検出するのに、熱起電力の開放電圧の大きさから求めるのではなく、熱電対を含む閉回路を構成して、そこを流れる電流であるゼーベック電流から被検出温度差を求める、所謂、電流検出型熱電対において、その短絡電流をコンデンサや短絡電流を電圧に変換してソフトウエア上で足し算するなどの積分手段に通じることにより所定に時間だけ貯めて、そのときの大きくなった出力電圧を基にして被測定温度差を検出できるようにした温度差検出装置提供するものである。本発明により、S/Nの良い高感度な温度差検出装置となり、高感度の熱型赤外線センサやフローセンサなどに応用できるものである。 The present invention relates to a high-sensitivity temperature difference detection apparatus that increases a signal-to-noise ratio (S / N) and amplifies the temperature difference using a thermocouple. To detect the temperature difference, instead of obtaining from the magnitude of the open voltage of the thermoelectromotive force, construct a closed circuit including a thermocouple, and obtain the detected temperature difference from the Seebeck current that is the current flowing therethrough, In a so-called current detection type thermocouple, the short-circuit current is stored for a predetermined time by passing through an integration means such as converting the short- circuit current into a capacitor or the short-circuit current into a voltage and adding it on the software . The present invention provides a temperature difference detection device that can detect a temperature difference to be measured based on an output voltage. According to the present invention, a high-sensitivity temperature difference detection device with good S / N can be obtained, and can be applied to a high-sensitivity thermal infrared sensor, flow sensor, and the like.

従来、温度差を検出するのに、ある基準温度に対して被検出温度差を有する箇所に熱電対の温接点と冷接点となる二つの接合部間に温度差を形成して、その開放熱起電力から温度差を求めていた。   Conventionally, in order to detect a temperature difference, a temperature difference is formed between two junctions which are a hot junction and a cold junction of a thermocouple at a location having a detected temperature difference with respect to a certain reference temperature, and the open heat The temperature difference was obtained from the electromotive force.

また、本発明者は、先に「温度差の検出方法、温度センサおよびこれを用いた赤外線センサ」(特願2004-026247)(特許文献1)を発明して、熱電対の温接点と冷接点となる二つの接合部間の温度差による熱起電力を開放電圧で測定するのではなく、短絡電流を計測して温度差を計測する方法を提案し、これを電流検出型熱電対と名づけ、実験的にその優位性を示してきた。本発明者は、更に、「電流検出型熱電対の校正方法と校正用熱電対を備えた電流検出型熱電対」(特願2005-332341(特許文献2)、特願2006-300301(特許文献3))を発明して、その校正方法などを提案してきた。 The inventor previously invented the “temperature difference detection method, temperature sensor and infrared sensor using the same” (Japanese Patent Application No. 2004-026247) (Patent Document 1), and Instead of measuring the thermoelectromotive force due to the temperature difference between the two junctions, which are the contact points, with an open circuit voltage, we proposed a method to measure the temperature difference by measuring the short-circuit current, and named this a current detection type thermocouple Have demonstrated their superiority experimentally. Further, the present inventor further described "a current detection type thermocouple having a calibration method for a current detection type thermocouple and a calibration thermocouple" (Japanese Patent Application 2005-332341 (Patent Document 2), Japanese Patent Application 2006-300301 (Patent Document). 3)) has been invented and its calibration method has been proposed.

この電流検出型熱電対の基本原理は、次のようなことに基づくものである。半導体のゼーベック係数αsは、抵抗率ρに関し、次の数式1で表現されることが分かっている。 The basic principle of this current detection type thermocouple is based on the following. It is known that the Seebeck coefficient α s of the semiconductor is expressed by the following formula 1 with respect to the resistivity ρ.

ここで、kはボルツマン定数、qは電荷素量であり、Siでは、ρ0=5x10−6Ωm、m=2.6である。従来は、上式から抵抗率ρが大きい方がゼーベック係数αsも大きくなるので、抵抗率ρの大きい半導体を使用して、熱電対やサーモパイルを作成する傾向にあった。しかし、余り大きな抵抗率の半導体を使用すると、内部抵抗の極めて大きなサーモパイルになり、その妥協点を探していた。しかし、上式数1は、次のことも意味していることに本発明者が気づいた。すなわち、抵抗率ρが3〜4桁下がっても、ゼーベック係数αsは、3〜9分の1程度しか下がらないことを意味する。抵抗率の逆数である導電率は、熱電対(サーモカップル)を短絡するとそこを流れる電流に比例するので、抵抗率の極めて小さい熱電対を作成し、何らかの方法でその短絡電流が計測できれば、従来のサーモカップルやサーモパイルなどの開放電圧を計測するより極めて高い感度とS/Nが得られると予想される。 Here, k is a Boltzmann constant, q is an elementary charge, and in Si, ρ 0 = 5 × 10 −6 Ωm and m = 2.6. Conventionally, since the Seebeck coefficient α s is larger when the resistivity ρ is larger from the above equation, a thermocouple or a thermopile tends to be produced using a semiconductor having a larger resistivity ρ. However, using a semiconductor with a too high resistivity resulted in a thermopile with extremely high internal resistance, and was looking for a compromise. However, the present inventor has realized that the above formula 1 also means the following. That is, even if the resistivity ρ is reduced by 3 to 4 digits, it means that the Seebeck coefficient α s is reduced only by about 3 to 9 times. Conductivity, which is the reciprocal of resistivity, is proportional to the current that flows when a thermocouple (thermocouple) is short-circuited. Therefore, if a thermocouple with extremely low resistivity is created and the short-circuit current can be measured by some method, It is expected that an extremely high sensitivity and S / N can be obtained compared to the measurement of the open circuit voltage of a thermocouple or a thermopile.

これまでの短絡電流検出型熱電対では、短絡電流を計測するのにOPアンプ(演算増幅器)の仮想短絡を利用し、その短絡電流を電圧に変換するために、帰還抵抗RfをOPアンプに取り付けて、その電圧降下をOPアンプの出力電圧Vとして利用し、この出力電圧Vと被検出温度差ΔTを予め用意した校正曲線により求めていた。しかし、更に微小な温度差を検出するには、さらに高感度化する必要があり、そのためには、信号対雑音比(S/N)を大きくする必要があった。 Conventional short-circuit current detection type thermocouples use a virtual short circuit of an OP amplifier (operational amplifier) to measure the short-circuit current, and a feedback resistor Rf is attached to the OP amplifier to convert the short-circuit current into a voltage. The voltage drop was used as the output voltage V 0 of the OP amplifier, and the output voltage V 0 and the detected temperature difference ΔT were obtained from a calibration curve prepared in advance. However, in order to detect a further minute temperature difference, it is necessary to further increase the sensitivity. For this purpose, it is necessary to increase the signal-to-noise ratio (S / N).

この従来の短絡電流検出型熱電対では、帰還抵抗RfをOPアンプに取り付けて、その電圧降下をOPアンプの出力電圧Vとして利用していたので、応答速度は速いものの、入力信号に含まれる雑音や誘導雑音がそのままOPアンプの出力電圧Vに反映していた。また、帰還抵抗Rfに適当な時定数になるようなコンデンサCを並列接続して、出力電圧Vに含まれる高周波成分をコンデンサでバイパスさせて、RfとCで決まる時定数内で平均化させてS/Nを向上させるようにしていた。それでも本質的に時々刻々変化する熱電対の短絡電流を反映したOPアンプの出力電圧Vになるだけなので、感度を増大することが困難であった。そのためには、S/Nが大きい初段増幅が必要であった。 In this conventional short-circuit current detection type thermocouple, since the feedback resistor Rf is attached to the OP amplifier and the voltage drop is used as the output voltage V 0 of the OP amplifier, the response speed is fast, but it is included in the input signal. Noise and induction noise were directly reflected in the output voltage V 0 of the OP amplifier. Further, a capacitor C having an appropriate time constant is connected in parallel to the feedback resistor Rf, and a high frequency component included in the output voltage V 0 is bypassed by the capacitor and averaged within a time constant determined by Rf and C. Therefore, the S / N was improved. Even so, it is difficult to increase the sensitivity because the output voltage V 0 of the OP amplifier reflects the short-circuit current of the thermocouple which changes essentially from moment to moment. For this purpose, first-stage amplification with a large S / N is necessary.

また、従来、アナログ入力電圧Viをデジタル変換するのに(AD変換)、OPアンプとコンデンサCとを用いて、所定の入力抵抗Rを通してアナログ入力電圧Viを電流に変化して、その後、OPアンプに備えたコンデンサCに充電して、電圧変換し、次に、既知の基準電源Vrefを用いて、これを打ち消してゼロになるように、逆にコンデンサCに蓄えられた電荷を完全に打ち消すための時間を計測してデジタル化するもので、短い時間間隔のクロックパルスを用いて、このクロックパルスのカウント数Nで求めて、デジタル化するというやり方があった。しかし、これは、信号増幅が目的で無く、AD変換の手段であり、更に、打ち消すための時間とその付属回路が必要であった。 Conventionally, the analog input voltage Vi is digitally converted (AD conversion) by using an OP amplifier and a capacitor C to change the analog input voltage Vi to a current through a predetermined input resistor R, and then the OP amplifier. In order to completely cancel the electric charge stored in the capacitor C so that the capacitor C provided in the capacitor is charged, converted into a voltage, and then canceled by using a known reference power source Vref. There is a method of using a clock pulse with a short time interval and obtaining it with the count number N of this clock pulse and digitizing it. However, this is not the purpose of signal amplification, but is a means of AD conversion, and further, a time for canceling it and its associated circuit are required.

特願2004-026247Patent Application 2004-026247 特願2005-332341Japanese Patent Application 2005-332341 特願2006-300301Japanese Patent Application 2006-300301

本発明は、従来の基板から熱分離した薄膜に形成した極めて小さな電圧信号しか発生しない熱電対を利用した電流検出型熱電対を、更にS/Nを増大させると共に、大きな初段増幅させて高感度化できる電流検出型熱電対による温度差検出装置を提供し、熱型赤外線センサ、気圧センサ、ガスセンサやフローセンサなどに応用できる超小型の高感度な温度差検出装置を提供すること目的としている。 The present invention further increases the S / N ratio and a large first stage amplification of a current detection type thermocouple using a thermocouple that generates only a very small voltage signal and is formed on a thin film thermally separated from a conventional substrate. It is an object of the present invention to provide an ultra-compact and highly sensitive temperature difference detection device that can be applied to a thermal infrared sensor, an atmospheric pressure sensor, a gas sensor, a flow sensor, and the like.

上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係わる温度差検出装置は、該ゼーベック電流を計測するゼーベック電流計測手段、該ゼーベック電流を積分する積分手段、所定の時間だけ積分させる時間設定手段、上記積分後、初期状態復帰させる初期状態復帰手段、前記積分手段の出力を所定の期間保持する電圧出力手段を備え、前記ゼーベック電流計測手段として演算増幅器とその仮想短絡を用い、被検出温度差による熱電対の熱起電力と、該演算増幅器の反転入力端子に前記熱電対を接続した時には、熱電対の内部抵抗、また、非反転入力端子に前記熱電対を接続した時には、反転入力端子に接続した熱電対の内部抵抗よりも小さい入力抵抗、とにより定まる短絡電流のゼーベック電流が流れるように熱電対を含む閉回路を構成したこと、該ゼーベック電流を、前記積分手段を介して増幅された出力電圧としたこと、該出力電圧を前記電圧出力手段で保持させた出力電圧を用いて、前記温度差を求めるようにしたこと、を特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a temperature difference detection apparatus according to claim 1 of the present invention includes a Seebeck current measuring unit for measuring the Seebeck current, an integrating unit for integrating the Seebeck current, and a time for integration for a predetermined time. A setting means, an initial state returning means for returning to the initial state after the integration, and a voltage output means for holding the output of the integrating means for a predetermined period , and using an operational amplifier and its virtual short circuit as the Seebeck current measuring means, When the thermocouple is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier and the thermocouple due to the detected temperature difference, it is inverted when the thermocouple is connected to the non-inverting input terminal. Configure a closed circuit including a thermocouple so that the Seebeck current of the short circuit current determined by the input resistance smaller than the internal resistance of the thermocouple connected to the input terminal flows. It, that the Seebeck current, it was amplified output voltage through said integrating means, using the output voltage and the output voltage is held at the voltage output means, and to determine the temperature difference, It is characterized by.

本発明に係わる温度差検出装置の短絡電流検出用熱電対における温度差の検出は、従来の開放熱起電力を計測する方式の場合とは異なり、熱電対を電流検出型として用いるようとしているために短絡電流計測手段を用いるが、演算増幅器(OPアンプ)のように、電流検出手段の測定器の内部抵抗が等価的に打ち消されてゼロになるような測定器にする方が良く、熱電対に流れる短絡電流を容易に計測できるようにしている。また、熱電対の内部抵抗は、熱電対を構成する二つの導体の材料、寸法や形状などにより異なり、同一の熱起電力に対して大きな電流が流れるように可能な限り内部抵抗が小さくなる導体材料の組み合わせとする必要があり、その中でも熱起電力が大きい熱電対、すなわち、絶対熱電能Eに相当するゼーベック係数の大きな材料を用いた方が良い。 Unlike the conventional method of measuring the open thermoelectromotive force, the detection of the temperature difference in the short-circuit current detection thermocouple of the temperature difference detection apparatus according to the present invention is intended to use the thermocouple as a current detection type. However, it is better to use a measuring device such as an operational amplifier (OP amplifier) in which the internal resistance of the measuring device of the current detecting device is equivalently canceled and becomes zero. It is possible to easily measure the short-circuit current flowing through the. In addition, the internal resistance of the thermocouple varies depending on the material, dimensions, and shape of the two conductors that make up the thermocouple, and the conductor has the lowest internal resistance possible so that a large current flows for the same thermoelectromotive force. must be a combination of materials, the thermocouple emf even larger inside, i.e., it is better to use a material having a large Seebeck coefficient corresponding to the absolute thermal Den'no E o.

また、この短絡電流を積分する積分手段として、コンデンサを用いて充電させて、その蓄えられた電荷に基づく両端の電位差を利用すること、コンデンサを用いずに、短絡電流信号を抵抗に通じて、その両端の電圧に変換しておき、例えば、0.1ミリ秒程度毎に、それらの電圧をソフトウエア上で足し算するようにしても良い。また、それらの出力電圧をICメモリに蓄えて利用できるようにしても良い。 In addition, as an integration means for integrating this short circuit current, charging using a capacitor and utilizing the potential difference between both ends based on the stored charge, without using a capacitor, the short circuit current signal is passed through a resistor, For example, these voltages may be added on the software every 0.1 milliseconds. Further, these output voltages may be stored in an IC memory so that they can be used.

また、所定の時間だけ積分させる時間設定手段として、ICタイマーを利用して所定に時間を決めても良いし、外部で発生させたクロックパルスを利用して、その一つのパルス毎にICスイッチなどのスイッチ駆動するようにして、時々刻々変化する熱電対からの入力信号を出力するようにしても良い。 In addition, as a time setting means for integrating for a predetermined time, an IC timer may be used to determine a predetermined time, or an externally generated clock pulse may be used to make an IC switch for each pulse. It is also possible to output an input signal from a thermocouple that changes from moment to moment by driving the switch.

また、上記積分後、初期状態の復帰させる初期状態復帰手段として、積分手段としてのコンデンサに並列の上記スイッチを接続して、スイッチが閉状態になったときに、コンデンサに貯まった電荷を放電させて、空の状態にすることでコンデンサを初期状態に復帰させるようにしても良い。また、ソフトウエア上で足し算したものやメモリ上の値をクリアして、初期状態に復帰させても良い。 In addition, after the integration, as an initial state return means for returning the initial state, the switch in parallel with the capacitor as the integration means is connected, and when the switch is closed, the charge accumulated in the capacitor is discharged. Thus, the capacitor may be returned to the initial state by making it empty. Alternatively, the addition on the software or the value on the memory may be cleared to return to the initial state.

本発明の請求項2に係わる温度差検出装置は、積分手段としてコンデンサを用いかつ初期状態復帰手段としてコンデンサに並列接続したスイッチを用いた場合である。 Temperature difference detecting apparatus according to claim 2 of the present invention uses a capacitor as an integral unit, and a case where a switch connected in parallel to said capacitor as an initial condition returning means.

積分手段としてコンデンサを用いることは、極めて単純な構成になるので実用上の利点がある。コンデンサは、従来の帰還抵抗Rの代わりにOPアンプに接続することにより短絡電流を積分することができる。例えば、コンデンサ容量をCとし、被検出温度差ΔTによる熱電対の短絡電流をIsとすれば、所定の時間tだけ積分させたときのOPアンプの出力電圧Vは、数2式のように、表現される。また、従来の温度差検出装置では、Rを用いていたので、そのときの出力電圧V00は、数3式で表すことができる。従って、これらの比、V/V00は、数4式で表現される。 The use of a capacitor as the integration means has a practical advantage since it has a very simple configuration. The capacitor can integrate the short-circuit current by connecting to the OP amplifier instead of the conventional feedback resistor Rf . For example, the capacitance is C, if the short-circuit current of the thermocouple due to the detected temperature difference ΔT and the Is, the output voltage V 0 which OP amp when is integrated for a predetermined time t, as in Equation 2 Expressed. In addition, since the conventional temperature difference detection device uses R f , the output voltage V 00 at that time can be expressed by Equation 3 . Therefore, these ratios, V 0 / V 00, are expressed by Equation 4 .

従って、一定の短絡電流IsがコンデンサCに流入して、OPアンプの出力Vが得られたときと、従来のようにコンデンサCではなくて、OPアンプの帰還抵抗Rを用いた場合の出力電圧V00との比は、数4式のように表現されるから、例えば、積分時間tを10ミリ秒(msec)とし、コンデンサCを1000ピコファラッド(pF)、帰還抵抗Rを100キロオーム(kΩ)とすると、V/V00は、100となり、従来よりも100倍の感度が得られることに成る。このようにして、応答は短絡電流の積分期間があるために、その積分期間より速い応答は望めないが、感度の増大が見込める。熱型赤外線センサに応用するときには、積分時間を赤外線受光部の熱時定数程度に積分時間を選んでおけば実質的に、問題がない。
Thus, certain short-circuit current Is flows into the capacitor C, and when the output V 0 which OP amplifier is obtained, rather than conventional way capacitor C, in the case of using a feedback resistor R f of the OP amp Since the ratio to the output voltage V 00 is expressed as in Equation 4 , for example, the integration time t is 10 milliseconds (msec), the capacitor C is 1000 picofarads (pF), and the feedback resistance R f is 100. Assuming kilo ohms (kΩ), V 0 / V 00 is 100, which means that 100 times the sensitivity can be obtained. Thus, since the response has an integration period of the short-circuit current, a response faster than the integration period cannot be expected, but an increase in sensitivity can be expected. When applied to a thermal infrared sensor, there is virtually no problem if the integration time is selected to be about the thermal time constant of the infrared light receiving section.

また、コンデンサCでの短絡電流の積分を用いているので、その積分時間内の雑音は、信号である短絡電流に重畳されるが、一般に雑音は正と負とが入り混じり平均化するとゼロになる性質があるから積分時間内の雑音は正負互いに打ちけられる傾向にあり、S/Nが大きい状態になる。このようにして、S/Nの大きい初段増幅器として好適である。 Further, since the integration of the short-circuit current in the capacitor C is used, the noise within the integration time is superimposed on the short-circuit current as a signal. Generally, however, the noise is zero when the positive and negative are mixed and averaged. Therefore, the noise within the integration time tends to be positive and negative, and the S / N is large. Thus, it is suitable as a first stage amplifier having a large S / N.

本発明の請求項3に係わる温度差検出装置は、クロックパルスを時間設定手段として用いたこと、かつこのクロックパルスの一回毎に初期状態復帰手段を駆動するようにした場合である。 The temperature difference detecting apparatus according to claim 3 of the present invention is the case where the clock pulse is used as the time setting means and the initial state returning means is driven for each clock pulse.

クロックパルス発生器で、例えば、5Vの電圧振幅、10ミリ秒(msec)、デューティ比1:1の矩形波パルス信号で、アナログスイッチを駆動するようにして、OPアンプに取り付けた積分手段としてのコンデンサCを電荷の充電と放電させるようにする。アナログスイッチを開(オフ)状態にして、このときコンデンサCに貯まった電荷は、コンデンサCの両端に電圧を発生する(この電圧が、OPアンプの出力電圧Vを形成することになる)し、アナログスイッチを閉(オン)状態にして、放電させると出力電圧Vはゼロになり、初期状態に復帰することになる。このように、クロックパルスを印加して、アナログスイッチを開(オフ)状態にしたときに、短絡電流の積分が開始し、アナログスイッチを閉(オン)状態にしたときに、放電が開始するので、このアナログスイッチが開状態の期間(この場合には、10ミリ秒)が積分する時間となる。なお、クロックパルスの幅を調整することで、積分時間を延ばしたり、縮めたりすることができるし、アナログスイッチの閉(オン)時の内部抵抗が小さい場合には、放電時間を短くしても良いので、ほぼ連続的なOPアンプの出力電圧を得ることができる。 A clock pulse generator, for example, as an integration means attached to an OP amplifier so as to drive an analog switch with a rectangular wave pulse signal having a voltage amplitude of 5 V, 10 milliseconds (msec), and a duty ratio of 1: 1. Capacitor C is charged and discharged. The analog switch is opened (off), and the charge stored in the capacitor C at this time generates a voltage across the capacitor C (this voltage forms the output voltage V 0 of the OP amplifier). When the analog switch is closed (on) and discharged, the output voltage V 0 becomes zero and returns to the initial state. In this way, when the clock pulse is applied and the analog switch is opened (off), the short-circuit current integration starts, and when the analog switch is closed (on), the discharge starts. The period during which the analog switch is open (in this case, 10 milliseconds) is the integration time. The integration time can be extended or shortened by adjusting the width of the clock pulse. If the internal resistance when the analog switch is closed (on) is small, the discharge time can be shortened. Since it is good, an almost continuous output voltage of the OP amplifier can be obtained.

本発明の請求項4に係わる温度差検出装置は、電圧出力手段としてピークホールド回路とした場合である。 The temperature difference detection apparatus according to claim 4 of the present invention is a case where a peak hold circuit is used as the voltage output means.

上述のように、アナログスイッチを閉(オン)状態にして、コンデンサの放電が開始するので、その直前のコンデンサの両端の電圧が、最大になる。このアナログスイッチが開状態(オフ)期間の最後のコンデンサの両端の電圧である最大電圧を計測するようにすることが、高感度化するのに最適であり、この最大電圧はその直後のアナログスイッチを閉(オン)状態での放電開始により、急激にOPアンプの出力電圧Vが小さくなり始めるので、波形として、ピークを形成する。従って、公知のピークホールド回路を用いることにより、この最大電圧を計測することができる。この出力電圧Vと被検出温度差ΔTとの予め用意してある校正曲線を利用するなどして、被検出温度差ΔTを求めることができる。 As described above, the analog switch is closed (ON) and the capacitor starts discharging, so that the voltage across the capacitor immediately before it becomes maximum. Measuring the maximum voltage, which is the voltage across the last capacitor in the open (off) period of this analog switch, is optimal for high sensitivity, and this maximum voltage is the analog switch immediately after that. When the discharge starts in the closed (on) state, the output voltage V 0 of the OP amplifier suddenly starts to decrease, so that a peak is formed as a waveform. Therefore, this maximum voltage can be measured by using a known peak hold circuit. The detected temperature difference ΔT can be obtained by using a calibration curve prepared in advance between the output voltage V 0 and the detected temperature difference ΔT.

本発明の温度差検出装置では、短絡電流計測手段としての演算増幅器(OPアンプ)と積分手段としてのコンデンサを用いて、簡単に熱電対(または、複数の熱電対の組であるサーモパイル)の微小な短絡電流を所定の時間だけ積分するので、積分後のOPアンプの出力電圧を大きくすることができる。従って、被検出温度差を高感度に検出できるという利点がある。 In the temperature difference detection apparatus of the present invention, a thermocouple (or a thermopile, which is a set of a plurality of thermocouples) can be easily obtained by using an operational amplifier (OP amplifier) as a short-circuit current measuring means and a capacitor as an integrating means. Since the short-circuit current is integrated for a predetermined time, the output voltage of the OP amplifier after integration can be increased. Therefore, there is an advantage that the detected temperature difference can be detected with high sensitivity.

本発明の温度差検出装置では、積分手段としてのコンデンサを用いることができるので、短絡電流に含まれる雑音、または誘導雑音の正負の変化を打ち消し合うので、S/Nを大きくすることができるという利点がある。 In the temperature difference detection device of the present invention, a capacitor as an integration means can be used, so that the noise contained in the short circuit current or the positive / negative change of the induction noise cancels each other, so that the S / N can be increased. There are advantages.

本発明の温度差検出装置では、クロックパルスを時間設定手段として利用し、初期状態復帰手段としてのアナログスイッチを簡単にオン、オフ状態にすることができるので、小型で単純な回路構成となるという利点がある。なお、クロックパルスの発生器も公知のICタイマーなどの単純な回路で構成できるので、これも搭載した温度差検出装置の小型化が容易である。 In the temperature difference detection device of the present invention, the clock pulse is used as the time setting means, and the analog switch as the initial state returning means can be easily turned on and off, so that the circuit configuration is small and simple. There are advantages. Since the clock pulse generator can also be constituted by a simple circuit such as a known IC timer, it is easy to reduce the size of the temperature difference detection device on which it is mounted.

本発明の温度差検出装置では、電圧出力手段として公知のピークホールド回路が利用できるので、簡単に温度差検出装置が構成できるという利点がある。 In the temperature difference detection apparatus of the present invention, since a known peak hold circuit can be used as the voltage output means, there is an advantage that the temperature difference detection apparatus can be easily configured.

本発明の温度差検出装置を、熱型赤外線センサの温度検出部に適用した場合の一実施例を示す回路構成概略図である。(実施例1)It is a circuit structure schematic diagram showing one example at the time of applying a temperature difference detection device of the present invention to a temperature detection part of a thermal type infrared sensor. Example 1 熱電対を短絡電流検出型熱電対として利用した場合の動作を説明する従来の回路構成概略図である。(実施例1)It is the conventional circuit structure schematic explaining operation | movement at the time of utilizing a thermocouple as a short circuit current detection type thermocouple. Example 1 本発明の温度差検出装置を説明するための他の一実施例を示す回路構成のうちの熱電対部分の概略図である。(実施例2)It is the schematic of the thermocouple part in the circuit structure which shows another Example for demonstrating the temperature difference detection apparatus of this invention. (Example 2) 本発明の温度差検出装置を説明するための他の一実施例を示す回路構成概略図である。(実施例3)It is the circuit structure schematic which shows another Example for demonstrating the temperature difference detection apparatus of this invention. (Example 3)

以下、本発明の温度差検出装置の実施例について、図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the temperature difference detection device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の温度差検出装置を、熱型赤外線センサの温度差検出部に適用した場合の一実施例を示す回路構成概略図である。 FIG. 1 is a schematic circuit configuration diagram showing an embodiment in which the temperature difference detection device of the present invention is applied to a temperature difference detection unit of a thermal infrared sensor.

本発明の温度差検出装置に用いる短絡電流検出型熱電対の熱電対10を利用して、これを熱型赤外線センサとして実施する場合は、図1を参照して、例えば、次のようにする。SOI基板の薄いn型の高濃度SOI層(例えば、厚み5μm)をMEMS技術でその下部に空洞を形成して細長いカンチレバとして残し、熱電対を構成する導体10Bとして利用する。また、この薄いn型の高濃度SOI層の導体10B上を熱酸化してシリコン酸化膜の薄い絶縁膜を形成する。そして、これを介して、カンチレバの先端付近で導体10Bと接合する導体10A(例えば、ニッケルNi)薄膜をスパッタリング堆積などで形成して、カンチレバ型の熱電対10を形成する。そして、このカンチレバ型の熱電対10の全部または先端部付近の領域に赤外線吸収膜を形成して、ここを赤外線受光部100とする。なお、一般に高濃度のn型半導体の絶対熱電能は、金属に比べて大きく、温接点60の方が冷接点70に対して正の電位となる。Ni薄膜金属は、n型半導体でと逆の電圧である温接点60が冷接点70に対して負の電位になる。従って、図1に示すような熱電対10の配置では、赤外線を受光した赤外線受光部100は、温度上昇して、温接点60として作用する。この時、短絡電流計測手段1としての演算増幅器(OPアンプ)20の反転入力端子(−)Bから熱電対10を通して非反転入力端子(+)Aの方向に短絡電流Isが流れることになる。 When the thermocouple 10 of the short-circuit current detection type thermocouple used in the temperature difference detection apparatus of the present invention is used and implemented as a thermal infrared sensor, referring to FIG. 1, for example, as follows . A thin n-type high-concentration SOI layer (for example, 5 μm in thickness) of the SOI substrate is formed as a slender cantilever by forming a cavity below the MEMS layer using the MEMS technique, and is used as a conductor 10B constituting a thermocouple. The thin n-type high-concentration SOI layer conductor 10B is thermally oxidized to form a thin insulating film of silicon oxide film. Then, via this, a conductor 10A (for example, nickel Ni) thin film joined to the conductor 10B near the tip of the cantilever is formed by sputtering deposition or the like, and the cantilever type thermocouple 10 is formed. Then, an infrared absorption film is formed in the entire region of the cantilever type thermocouple 10 or in the vicinity of the tip thereof, and this is used as the infrared light receiving unit 100. In general, the absolute thermoelectric power of a high-concentration n-type semiconductor is larger than that of metal, and the hot junction 60 has a positive potential with respect to the cold junction 70. In the Ni thin film metal, the hot junction 60 having a voltage opposite to that of the n-type semiconductor has a negative potential with respect to the cold junction 70. Therefore, in the arrangement of the thermocouple 10 as shown in FIG. 1, the infrared light receiving unit 100 that receives infrared rays rises in temperature and acts as a hot junction 60. At this time, the short-circuit current Is flows from the inverting input terminal (−) B of the operational amplifier (OP amplifier) 20 serving as the short-circuit current measuring means 1 to the non-inverting input terminal (+) A through the thermocouple 10.

ここでは、熱型の赤外線センサとして実施しているので、薄膜のカンチレバの先端付近にある熱電対10の導体10Aと導体10Bとの接合部を温接点60として利用する。この場合、ここでは図示しないが、カンチレバ状の熱電対10を支持しているSOI基板が、冷接点70となる。この冷接点70の温度を周囲温度である室温と一致させるようにすると良い。このような場合には、本発明の温度差検出装置に用いる回路構成部も室温にするので、短絡電流計測手段1である演算増幅器(OPアンプ)20も冷接点70と同一の温度であり、被検出温度差ΔTは、温接点60と冷接点70との温度差となり、その結果、OPアンプ20の仮想短絡効果により、被検出温度差ΔTによる熱電対10の熱起電力と熱電対10の内部抵抗により定まる短絡電流Isが、積分手段2のコンデンサ25に流れ、この短絡電流Isが積分されることになる。 Here, since it is implemented as a thermal infrared sensor, the junction between the conductor 10A and the conductor 10B of the thermocouple 10 near the tip of the thin-film cantilever is used as the hot junction 60. In this case, although not shown here, the SOI substrate supporting the cantilever-shaped thermocouple 10 becomes the cold junction 70. The temperature of the cold junction 70 is preferably matched with the room temperature, which is the ambient temperature. In such a case, since the circuit components used in the temperature difference detection device of the present invention are also at room temperature, the operational amplifier (OP amplifier) 20 as the short-circuit current measuring means 1 is also at the same temperature as the cold junction 70, The detected temperature difference ΔT is a temperature difference between the hot junction 60 and the cold junction 70. As a result, due to the virtual short-circuit effect of the OP amplifier 20, the thermoelectromotive force of the thermocouple 10 and the thermocouple 10 due to the detected temperature difference ΔT. The short-circuit current Is determined by the internal resistance flows through the capacitor 25 of the integrating means 2, and this short-circuit current Is is integrated.

ここでは、図示していないが、熱電対10の温接点60付近に赤外線受光部100用の赤外線吸収膜を有するカンチレバや橋架構造、更にはダイアフラムをアレー状にして、それぞれを画素とするイメージセンサとして利用しても良い。 Although not shown here, a cantilever or a bridge structure having an infrared absorption film for the infrared light receiving unit 100 near the hot junction 60 of the thermocouple 10, and further an image sensor having a diaphragm as an array and each pixel. It may be used as

本発明の温度差検出装置について、これを熱型赤外線センサとして実施する場合の動作について、図1を参照して詳細に説明すると次のようである。先ず、室温(例えば、20℃)で赤外線を受光した上述の熱電対10は、被検出温度差ΔTだけ温度上昇して、その時の熱電対10の熱起電力をその内部抵抗で除算した値の短絡電流Isが、初期状態復帰手段4であるスイッチ40が開状態(オフ状態)のときには、OPアンプ20に接続している積分手段2のコンデンサ25に流れる。コンデンサ25が空の電荷であると、その両端の電位差はゼロであるので、OPアンプ20の出力電圧Vもゼロである。しかし、短絡電流Isがコンデンサ25に流れ始めて時間が経過するに従い、徐々にコンデンサ25に短絡電流Isの時間積分した分の電荷が貯まり、OPアンプ20の出力電圧Vもそれと共に上昇する。例えば、コンデンサ25に短絡電流Isを流し始めてから所定の積分時間tを、例えば、10ミリ秒(msec)経過した時点で、コンデンサ25に並列に接続している初期状態復帰手段4のスイッチ40を閉状態(オン状態)にさせると、このコンデンサ25の容量Cとスイッチ40の内部抵抗(オン抵抗)との積で表現される時定数で、このスイッチ40を通してコンデンサ25に貯えられた電荷が放電するので、コンデンサ25の電荷が再びゼロに復帰する。この復帰することを、ここでは、初期状態復帰と呼ぶことにする。このスイッチ40を周期的に開状態(オフ状態)と閉状態(オン状態)とを繰り返させることにより、コンデンサ25が充放電されて、OPアンプ20の出力電圧Vも周期的に同期してゼロから最大値まで変動することになる。出力電圧Vの最大値(ピーク値)は、スイッチ40が閉状態(オン状態)になる直前である。この出力電圧Vのピーク値は、OPアンプ20の出力端子に接続した、例えば、公知のピークホールド回路の出力端での出力電圧V0pとして計測することができる。このようにして得られた出力電圧V0pと予め用意してある被検出温度差ΔTとの校正曲線を用いて、被検出温度差ΔTを計測することができる。 The operation of the temperature difference detection apparatus of the present invention when it is implemented as a thermal infrared sensor will be described in detail with reference to FIG. First, the above-described thermocouple 10 that receives infrared rays at room temperature (for example, 20 ° C.) rises in temperature by the detected temperature difference ΔT, and has a value obtained by dividing the thermoelectromotive force of the thermocouple 10 at that time by its internal resistance. The short-circuit current Is flows through the capacitor 25 of the integrating means 2 connected to the OP amplifier 20 when the switch 40 which is the initial state returning means 4 is in the open state (off state). When the capacitor 25 has an empty charge, the potential difference between both ends thereof is zero, so the output voltage V 0 of the OP amplifier 20 is also zero. However, as the short-circuit current Is is time elapses starts to flow into the capacitor 25, accumulated time integral of the partial charge of the short-circuit current Is gradually capacitor 25, the output voltage V 0 which OP amplifier 20 also increases with it. For example, the switch 40 of the initial state return means 4 connected in parallel to the capacitor 25 is turned on when a predetermined integration time t, for example, 10 milliseconds (msec) has elapsed since the short-circuit current Is started to flow through the capacitor 25. When in the closed state (on state), the charge stored in the capacitor 25 through the switch 40 is discharged with a time constant expressed by the product of the capacitance C of the capacitor 25 and the internal resistance (on resistance) of the switch 40. Therefore, the charge of the capacitor 25 returns to zero again. Here, this return is referred to as initial state return. By repeating the switch 40 periodically opened (OFF state) and the closed state (ON state), the capacitor 25 is charged and discharged, the output voltage V 0 which OP amplifier 20 be periodically synchronized It will vary from zero to the maximum value. The maximum value (peak value) of the output voltage V 0 is immediately before the switch 40 is closed (ON state). The peak value of the output voltage V 0 can be measured as, for example, the output voltage V 0p at the output terminal of a known peak hold circuit connected to the output terminal of the OP amplifier 20. The detected temperature difference ΔT can be measured using a calibration curve of the output voltage V 0p thus obtained and the detected temperature difference ΔT prepared in advance.

スイッチ40の周期的な開状態(オフ状態)と閉状態(オン状態)との繰り返しは、例えば、スイッチ40をアナログスイッチとして、その入力端子に5V振幅の時間設定手段3としてのクロックパルスを印加することで達成できる。アナログスイッチの内部抵抗が小さいので、放電の時定数が数マイクロ秒程度の極めて小さくにすることも可能であるから、必ずしもクロックパルスのデューティ比を1:1にする必要がなく、例えば、開状態(オフ状態)を10ミリ秒とし、閉状態(オン状態)を1ミリ秒のような10:1のようにして、ほぼ連続的なピークホールド回路の出力電圧V0pが得られるようにすることができる。ここでは、外部に取り付けたクロックパルス発生器によりクロックパルスを導入するようにした例である。もちろん、クロックパルス発生器を組み込んだ装置にしても良い。 For example, when the switch 40 is periodically opened (off state) and closed (on state), for example, the switch 40 is an analog switch, and a clock pulse as the time setting means 3 having a 5 V amplitude is applied to its input terminal. This can be achieved. Since the internal resistance of the analog switch is small, it is possible to make the discharge time constant as extremely small as several microseconds. Therefore, it is not always necessary to set the duty ratio of the clock pulse to 1: 1. (Off state) is set to 10 milliseconds, and the closed state (on state) is set to 10: 1 such as 1 millisecond so that the output voltage V 0p of the substantially continuous peak hold circuit can be obtained. Can do. In this example, clock pulses are introduced by a clock pulse generator attached to the outside. Of course, a device incorporating a clock pulse generator may be used.

上述では、クロックパルスを導入して、周期的にスイッチ40をオフ状態とオン状態にした場合であるが、必要に応じて、それらの時間調整をしたり、単発もしくは複数回のオフ状態とオン状態の動作をさせても良い。 In the above description, the clock pulse is introduced and the switch 40 is periodically turned off and on. However, if necessary, the time can be adjusted or the switch 40 can be turned on and off once or multiple times. The state operation may be performed.

図2には、従来の短絡電流検出型熱電対の動作を説明する回路構成概略図を示しており、熱型赤外線センサの赤外線検出装置に適用した例である。この従来の実施例では、OPアンプ20に帰還抵抗Rfを取り付けている。この場合、応答速度は赤外線受光部100の熱容量と熱コンダクタンスにより定まる熱時定数でほぼ決まり、OPアンプ20の出力電圧Vは、帰還抵抗Rfとそこを流れる短絡電流Isの積になる。従って、熱時定数より十分長い時間を経過しても、短絡電流Isが一定であると出力電圧Vも、一定値となる。短絡電流Isが小さいときには、出力電圧Vも小さい値で一定値となってしまう。これに対して、本発明の温度差検出装置では、前述のように、短絡電流Isの時間積分をさせるので、時間経過と共に出力電圧Vは上昇する。従って、大きな出力電圧Vを得ることができる。例えば、所定の積分時間tを10ミリ秒(msec)とし、コンデンサCを1000ピコファラッド(pF)、帰還抵抗Rを100キロオーム(kΩ)とすると、一定の短絡電流Isが流れたとすると、そのときの出力電圧比、V/V00は、100となり、従来の短絡電流検出型熱電対の動作である図2に示す方式よりも100倍の感度が得られることに成る。ここで、V00は、従来の短絡電流検出型熱電対のOPアンプ20の出力電圧である。また、本発明の温度差検出装置では、従来の帰還抵抗Rの代わりにコンデンサCを挿入しているので、正負に変動する雑音成分を打ち消し、S/Nが大きい赤外線センサになる。 FIG. 2 is a schematic circuit diagram for explaining the operation of a conventional short-circuit current detection type thermocouple, which is an example applied to an infrared detection device of a thermal type infrared sensor. In this conventional embodiment, a feedback resistor Rf is attached to the OP amplifier 20. In this case, response speed is substantially determined by the thermal time constant determined by heat capacity and thermal conductance of the infrared receiver 100, the output voltage V 0 which OP amplifier 20, the product of the short-circuit current Is flowing therethrough and a feedback resistor Rf. Therefore, even when a time sufficiently longer than the thermal time constant has elapsed, if the short-circuit current Is is constant, the output voltage V 0 also becomes a constant value. When short-circuit current Is is small, the output voltage V 0 becomes a constant value in the value smaller. On the other hand, in the temperature difference detection device of the present invention, as described above, the time integration of the short-circuit current Is is performed, so that the output voltage V 0 increases with time. Therefore, a large output voltage V 0 can be obtained. For example, if the predetermined integration time t is 10 milliseconds (msec), the capacitor C is 1000 picofarads (pF), and the feedback resistance Rf is 100 kilohms (kΩ), a constant short-circuit current Is flows. The output voltage ratio, V 0 / V 00 at that time is 100, which is 100 times more sensitive than the method shown in FIG. 2, which is the operation of a conventional short-circuit current detection type thermocouple. Here, V 00 is the output voltage of the OP amplifier 20 of the conventional short-circuit current detection type thermocouple. Further, in the temperature difference detection device of the present invention, since the capacitor C is inserted instead of the conventional feedback resistor Rf , the noise component that fluctuates positive and negative is canceled out, and the infrared sensor has a large S / N.

本発明の温度差検出装置では、同一の受光面積に形成した場合、1対の内部抵抗の小さい熱電対10を利用した短絡電流検出型熱電対の方が、沢山の熱電対を直列接続したサーモパイルを同様にして短絡電流を検出するようにした場合に比べ、短絡電流Isが大きくなり、大きな電荷が積分手段2のコンデンサ25に蓄えられるので、大きな出力電圧Vが得られえる。もちろん、このとき電圧出力手段5のピークホールド回路50の出力電圧V0pも同様に大きくなる。 In the temperature difference detection device of the present invention, when formed in the same light receiving area, a thermopile in which a short-circuit current detection type thermocouple using a thermocouple 10 having a small internal resistance is connected in series with many thermocouples. As compared with the case where the short-circuit current is detected in the same manner, the short-circuit current Is becomes large and a large charge is stored in the capacitor 25 of the integrating means 2, so that a large output voltage V 0 can be obtained. Of course, at this time, the output voltage V 0p of the peak hold circuit 50 of the voltage output means 5 similarly increases.

図3は、本発明の温度差検出装置を説明するための他の一実施例を示す回路構成のうちの熱電対部分の概略図である。同一の熱電材料からなる2個の熱電対10と熱電対110とを直列接続して、P点とQ点との温度差ΔTを計測する場合の例を示している。これらの2個の熱電対10と熱電対110の同一の熱電材料の導体10Bの端子B’と導体110Bの端子A’とを、前述の実施例1の図1に示すOPアンプ20の対応する反転入力端子Bと非反転入力端子Aにそれぞれ接続することで、実施例1で述べたようにしてP点とQ点との温度差ΔTを高感度に計測できる。なお、2個の熱電対10と熱電対110において、熱電対10の熱電材料の導体10Bと導体10Aとは、それぞれ、対応する熱電対110の熱電材料の導体110Bと導体110Aと同一材料になっている。   FIG. 3 is a schematic view of a thermocouple portion in a circuit configuration showing another embodiment for explaining the temperature difference detecting device of the present invention. An example is shown in which two thermocouples 10 made of the same thermoelectric material and a thermocouple 110 are connected in series to measure the temperature difference ΔT between the point P and the point Q. The terminal B ′ of the conductor 10B of the same thermoelectric material of these two thermocouples 10 and 110 and the terminal A ′ of the conductor 110B correspond to the OP amplifier 20 shown in FIG. By connecting to the inverting input terminal B and the non-inverting input terminal A, respectively, the temperature difference ΔT between the point P and the point Q can be measured with high sensitivity as described in the first embodiment. In the two thermocouples 10 and 110, the thermoelectric material conductor 10B and the conductor 10A of the thermocouple 10 are the same material as the thermoelectric material conductor 110B and the conductor 110A of the corresponding thermocouple 110, respectively. ing.

実施例2の図3では、P点とQ点との温度差ΔTを計測するのに、2個の熱電対10と熱電対110とを直列接続して、単一のOPアンプ20の入力端子に接続した例であるが、2個の熱電対10と熱電対110とをそれぞれ独立のOPアンプ20の入力端子に接続する実施例1の図1に示すようにしておき、それらの差動出力を求めるようにしても良い。 In FIG. 3 of the second embodiment, in order to measure the temperature difference ΔT between the point P and the point Q, two thermocouples 10 and a thermocouple 110 are connected in series, and an input terminal of a single OP amplifier 20 is used. In this example, two thermocouples 10 and 110 are connected to the input terminals of independent OP amplifiers 20 as shown in FIG. May be requested.

図4には、上記実施例1における図1の短絡電流計測手段1の演算増幅器(OPアンプ)20を非反転増幅器として利用し、熱電対またはサーモパイル11の内部抵抗より小さな入力抵抗7(その内部抵抗R)を反転入力端子B側に接続して、熱電対またはサーモパイルの等価的な短絡電流Isを発生させて積分するようにした場合で、上記図1の演算増幅器(OPアンプ)20の入力端子付近を中心に示してあり、他の回路部分は省略したものである。このように、こでは、仮想短絡となる入力端子の反転入力端子Bには、熱電対またはサーモパイル11の内部抵抗よりも小さい入力抵抗7を接続し、等価的短絡電流Isを大きくさせた等価的なゼーベック短絡電流検出回路とした場合であり、電流が流れず、ほぼ電位のみ与える非反転入力端子Aとアースとの間には温度差センサとしての熱電対またはサーモパイル11を接続した場合である。熱電対またはサーモパイル11の内部抵抗よりも小さい入力抵抗7を接続することにより、大きな短絡電流Isが得られるので、増幅度を向上させることができるとともに、増幅度を固定させることができるという利点もある。この場合も動作は、上述の実勢例1における図1を用いた場合とほぼ同等なので、ここでは説明を省略する。 In FIG. 4, the operational amplifier (OP amplifier) 20 of the short-circuit current measuring means 1 of FIG. 1 in the first embodiment is used as a non-inverting amplifier, and the input resistance 7 (inside thereof) smaller than the internal resistance of the thermocouple or thermopile 11. When the resistor R) is connected to the inverting input terminal B side and an equivalent short-circuit current Is of a thermocouple or thermopile is generated and integrated, the input of the operational amplifier (OP amplifier) 20 in FIG. The vicinity of the terminal is shown in the center, and the other circuit portions are omitted. Thus, in this case, the inverting input terminal B of the input terminal that becomes a virtual short circuit is connected to the input resistance 7 smaller than the internal resistance of the thermocouple or the thermopile 11 to increase the equivalent short circuit current Is. This is a case where a Seebeck short-circuit current detection circuit is used, and a case where a thermocouple or a thermopile 11 as a temperature difference sensor is connected between the non-inverting input terminal A to which almost no electric potential flows and only a potential is applied and the ground. By connecting the input resistance 7 smaller than the internal resistance of the thermocouple or thermopile 11, a large short-circuit current Is can be obtained, so that the amplification can be improved and the amplification can be fixed. is there. Also in this case, the operation is almost the same as that in the case of FIG.

本発明の温度差検出装置は、上述のように、内部抵抗を極めて小さくさせた熱電対を短絡させるので、小さな熱起電力でも大きな短絡電流Isが流れるようになり、更に、この大きな短絡電流Isを所定の時間だけ積分させるので、単純な回路構成で、極めて高感度の温度差センサになると共に、積分することにより正負に変動する雑音成分の打ち消しあい、大きなS/Nの信号増幅となる。従って、微小温度差を高精度で、しかも高感度に計測する必要がある赤外線放射温度計、特に耳式体温計の温度差センサとして有望であり、また、微流量の液体や気体のフローセンサ、水素などの可燃性ガスセンサにおける微小発熱量の計測による水素などのガス検出、熱伝導型ガスセンサ、ピラニ真空計、熱型湿度センサや気圧センサなどの圧力センサなどの温度差計測に最適である。 As described above, the temperature difference detection device of the present invention short-circuits a thermocouple having an extremely small internal resistance, so that a large short-circuit current Is flows even with a small thermoelectromotive force. Further, this large short-circuit current Is Is integrated for a predetermined time, so that it becomes a highly sensitive temperature difference sensor with a simple circuit configuration, and the integration cancels out noise components that fluctuate positively and negatively, resulting in a large S / N signal amplification. Therefore, it is promising as a temperature difference sensor for infrared radiation thermometers, particularly ear-type thermometers, which need to measure minute temperature differences with high accuracy and high sensitivity. It is most suitable for temperature difference measurement such as gas detection such as hydrogen by measurement of minute calorific value in combustible gas sensors such as, heat conduction type gas sensor, Pirani vacuum gauge, pressure sensor such as thermal type humidity sensor and atmospheric pressure sensor.

1 短絡電流計測手段
2 積分手段
3 時間設定手段
4 初期状態復帰手段
5 電圧出力手段
7 入力抵抗
10 熱電対
10A,10B 導体
11 熱電対又はサーモパイル
20 演算増幅器(OPアンプ)
25 コンデンサ
30 クロックパルス
40 スイッチ
50 ピークホールド回路
60 温接点
70 冷接点
110 熱電対
110A,110B 導体
100 赤外線受光部
200 熱型赤外線センサの温度差検出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Short circuit current measurement means 2 Integration means 3 Time setting means 4 Initial state return means 5 Voltage output means 7 Input resistance 10 Thermocouple 10A, 10B Conductor 11 Thermocouple or thermopile 20 Operational amplifier (OP amplifier)
25 Capacitor 30 Clock pulse 40 Switch 50 Peak hold circuit 60 Hot junction 70 Cold junction 110 Thermocouple 110A, 110B Conductor 100 Infrared light receiver 200 Temperature difference detector of thermal infrared sensor

Claims (4)

熱電対のゼーベック電流を利用して温度差を検出する温度差検出装置において、該ゼーベック電流を計測するゼーベック電流計測手段、該ゼーベック電流を積分する積分手段、所定の時間だけ積分させる時間設定手段、上記積分後、初期状態復帰させる初期状態復帰手段、前記積分手段の出力を所定の期間保持する電圧出力手段を備え、前記ゼーベック電流計測手段として演算増幅器とその仮想短絡を用い、被検出温度差による熱電対の熱起電力と、該演算増幅器の反転入力端子に前記熱電対を接続した時には、熱電対の内部抵抗、また、非反転入力端子に前記熱電対を接続した時には、反転入力端子に接続した熱電対の内部抵抗よりも小さい入力抵抗、とにより定まる短絡電流のゼーベック電流が流れるように熱電対を含む閉回路を構成したこと、該ゼーベック電流を、前記積分手段を介して増幅された出力電圧としたこと、該出力電圧を前記電圧出力手段で保持させた出力電圧を用いて、前記温度差を求めるようにしたこと、を特徴とする温度差検出装置。 In a temperature difference detection device that detects a temperature difference using a Seebeck current of a thermocouple, a Seebeck current measurement unit that measures the Seebeck current, an integration unit that integrates the Seebeck current, a time setting unit that integrates for a predetermined time, An initial state return means for returning to the initial state after the integration, a voltage output means for holding the output of the integration means for a predetermined period, an operational amplifier and its virtual short circuit as the Seebeck current measurement means, and a detected temperature difference When the thermocouple is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier and when the thermocouple is connected to the non-inverting input terminal, the internal resistance of the thermocouple is connected to the inverting input terminal. A closed circuit including a thermocouple is configured so that a short-circuit current Seebeck current determined by the input resistance smaller than the internal resistance of the connected thermocouple flows. Things, the Seebeck current, it was amplified output voltage through said integrating means, using the output voltage and the output voltage is held at the voltage output means, we have to determine the temperature difference The temperature difference detection apparatus characterized by these. 積分手段としてコンデンサを用いかつ初期状態復帰手段としてコンデンサに並列接続したスイッチを用いた請求項1に記載の温度差検出装置。 2. The temperature difference detecting device according to claim 1, wherein a capacitor is used as the integrating means , and a switch connected in parallel to the capacitor is used as the initial state returning means. クロックパルスを時間設定手段として用いたこと、かつ該クロックパルスの一回毎に初期状態復帰手段を駆動するようにした請求項1から2のいずれかに記載の温度差検出装置。 3. The temperature difference detecting device according to claim 1, wherein the clock pulse is used as the time setting means, and the initial state returning means is driven every time the clock pulse is used. 電圧出力手段としてピークホールド回路とした請求項1から3のいずれかに記載の温度差検出装置。 4. The temperature difference detection device according to claim 1, wherein the voltage output means is a peak hold circuit.
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