JPH0140939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、温度に応じて磁石（外部磁界）の磁
界強度を、電気信号に変換する温度センサーに関
する。

従来、この種のものに温度上昇に伴う電気抵抗
により、電圧変換を行わしめるサーミスタがある
が、抵抗変化が大きく、安定性、互換性に薄く、
材料組成、熱処理条件等の管理がむずかしく直線
性が悪く、衝撃に弱いという欠点を有し、これが
ため先行き不安定な出力電圧を生ずるようにな
る。

また、従来のセンサのひとつに、永久磁石と、
永久磁石の磁場内に配置された感熱部とトランス
部を有するものがある。このセンサでは、感熱部
は温度に応じて透磁率が変化する。温度によりト
ランス部を通過する磁束が変化し、トランス部の
磁心の飽和状態が変化するので、１次側の巻線に
与えた信号に対して２次側の巻線の出力が変化
し、温度を検出できる。このセンサは、例えば、
実開昭51−3382号公報に開示されている。

しかし、この種のセンサでは、漏れ磁束により
トランスのコアが飽和している状態でも２次側の
コイルに電圧が発生することがある。また、コア
の磁気飽和の度合いにより出力が変化するもので
あるので、定常的に温度値が出力されるものの、
コアや永久磁石の材質の影響を受けやすく、出力
値が不安定である。このため、リニアな出力を要
求されるタイプのセンサには不向きである。

本発明の第１の目的は、耐振動、耐衝撃性が高
く堅牢であつて、温度を連続的に出力できるリニ
アな温度センサーを提供することである。

本発明の第２の目的は、温度検出信号の電気処
理が比較的に簡単な温度センサーを提供すること
である。

本発明の第３の目的は、最近目覚しい進歩をと
げたマイクロコンピユータ等のLSIにて、比較的
に簡単に単純な読み取りロジツクで、温度データ
を読み取り得る温度センターを提供することであ
る。

本発明によれば、ケーシング内にあつて、測温
部に配置される永久磁石と、この磁石の近傍に電
気コイルが巻回された軟磁性体が配置され、軟磁
性体の横断面面積は、磁気飽和を生じやすいよう
に小面積とされ、電気コイルの巻回数は比較的に
低い印加電圧、即ち、比較的に低い通電電流レベ
ルで軟磁性体が磁気飽和するに十分に多い巻回数
とされ、永久磁石はその温度差において軟磁性体
に、その温度変化に対応した強度の磁界を与える
程度の小形のものとされる。

軟磁性体に巻回したコイルに電圧を印加し、電
圧印加始点より、軟磁性体が磁気飽和するまでの
時間をＴとすると概略では Ｔ＝Ｎ／Ｅ・（φm−φx） となる。但し、Ｅ：電気コイル印加電圧 Ｎ：電気コイルの巻回数 φm：最大磁束（≒飽和磁束） φx：外部磁界による磁束 である。そこで永久磁石の温度変化により、φx
が変化するとＴが変化する。即ち、温度が上昇す
れば軟磁性体に加わる外部磁束φxが変化（減少）
し、コイルに電圧を印加してからコイル電流が所
定レベルになるまでの時間Ｔが変化する。而し
て、本発明の温度センサーは、Ｔを計測しそれを
電圧レベル・デジタルコード等の電気信号で表わ
す電気回路又は半導体電子装置を接続する。

本発明の好ましい実施例においては、軟磁性体
をアモーフアス（amorphous：非晶質）磁性体
とする。アモーフアス磁性体は、液相金属を急冷
して作らざるを得ないため薄板であり、しかも磁
気的には強磁性であつて、透磁率および飽和磁化
が大きく、保持力が小さく、機械的には破断強さ
がきわめて高く、弾力性および復元性に優れる。
このようなアモーフアス磁性体の特性は、本発明
の温度センサーにきわめて好都合であり、これを
用いると電気的にはＴの計測において信号処理が
簡単かつ高精度となるというメリツトがあり、機
械的には製造が簡単になり、耐振、耐衝撃性が向
上する。

第１図に示す本発明実施例において、温度セン
サー１は例えば、熱伝導が良好な真鍮で形成され
るケーシング２を有し、そのケーシング２に形成
したネジ部１４にて測温可能に装着される。そし
てこのケーシング２の測温部３には永久磁石４が
固着されている。そして断面が略横コ字状である
断熱材（セラミツクス）５を介して、軟磁性体
（アモーフアス）６が永久磁石４と平行に配置さ
れている。軟磁性体６はボビン７内に挿通されて
おり、このボビン７には電気コイル８が巻回され
ている。そして、コイル８の両端はそれぞれター
ミナル９および１０を介して、リード１１および
１２に接続されている。１３は樹脂製挿填材であ
る。

永久磁石４に熱が伝わると、永久磁石４の軟磁
性体６へ作用する磁界強度は温度変化に対応して
変化する。この磁石４の温度変化は電気処理回路
もしくは論理処理電子装置で検出される。

第２ａ図は１つの電気処理回路１００を示す。
回路１００の定電圧電源端子１０１には一定レベ
ルの直流電圧（たとえば＋5V）が印加される。
入力端子１０２には、たとえば５〜25KHzの電圧
パルスが印加され、該電圧パルスのプラス電圧区
間にNPNトランジスタ１０３が導通し、アース
レベルの間NPNトランジスタ１０３は非導通と
なる。PNPトランジスタ１０４はトランジスタ
１０３がオンの間オンとなり、オフの間オフとな
る。したがつて電気コイル８には、入力端子１０
２に印加される電圧パルスのプラスレベル区間に
定電圧（Vcc）が印加され、アースレベル区間に
は電圧は加わらない。コイル２２に流れる電流に
比例した電圧が抵抗１０５に現われ、この電圧が
抵抗１０６とキヤパシタ１０７でなる積分回路で
積分され、積分電圧が出力端１０８に現われる。
第２ｂ図は第２ａ図に示す回路の入、出力電圧波
形を示す。入力電圧（IN）がプラスレベルに立
上つてから、抵抗１０５の電圧があるレベル以上
に立上るまでの時間tdおよび抵抗１０５の電圧ａ
の積分電圧Vxは磁石４の位置に対応する。

第３ａ図は他の１つの電気処理回路１２０を示
す。入力電圧（IN）がプラスレベルの間NPNト
ランジスタ１０３がオン、PNPトランジスタ１
０４がオンしてコイル８には電圧が印加される。
入力電圧（IN）がアースレベルの間トランジス
タ１０３がオフ、PNPトランジスタ１０４がオ
フしてコイル８には電圧が印加されない。コイル
電流は定電流接続とした接合形Ｎチヤンネル
FET１およびFET２で一定レベル電流値に制御
される。FET２を流れる電流のレベルは可変抵
抗１２２で設定される。FET１およびFET２に
接続されたコイル端子の電圧は、反転増幅器IN
１およびIN２で増幅および波形成形される。第
３ｂ図は第３ａ図に示す回路の入、出力電圧波形
を示す。回路１２０の出力（OUT）は、入力パ
ルス（IN）よりもtdだけ遅れて立上る電圧パル
スであり、このtdが磁石１４の位置に対応する。
tdは第４図に示す計数回路１４０でデジタルコー
ドで表わされる。回路１４０において、入力電圧
（IN）の立上りでフリツプフロツプＦ１がセツト
されてそのＱ出力が高レベル「１」となり、アン
ドゲートＡ１がゲート開（オン）となつてクロツ
クパルス発振器１４１の発生パルスがカウンタ１
４２のカウントパルス入力端CKに印加される。
出力パルス（OUT）とＦ１のＱ出力がアンドゲ
ートＡ２に印加され、出力パルス（OUT）が立
上るとアンドゲートＡ２が高レベル「１」に立上
り、その立上り点でフリツプフロツプＦ１がリセ
ツトされそのＱ出力が低レベル「０」となる。こ
れによりアンドゲートＡ１がゲート閉（オフ）と
なり、カウンタ１４２へのクロツクパルスは遮断
される。アンドゲートＡ２の出力が「１」となつ
たとき、ラツチ１４３にカウンタ１４２のカウン
トコードが取り込まれる。フリツプフロツプＦ１
がリセツトされ、ラツチ１４３にカウントコード
が取り込まれた後に、アンドゲートＡ３がクロツ
クパルスを出力し、カウンタ１４２をクリアす
る。ラツチ１４３の出力コードはtdの間のクロツ
クパルス発生個数を示し、このコードがtdを示す
ことになる。

第５図に示す電子処理ユニツト１６０は、１チ
ツプマイクロコンピユータ（大規模集積半導体装
置）１６１、増幅器１６２、定電流制御用の接合
形ＮチヤンネルFET１、抵抗１６３、キヤパシ
タ１６４、増幅器１６５およびクロツクパルス発
振器１６６で構成する。抵抗１６３とキヤパシタ
１６４は、入、出力パルス周波数よりも高い周波
数の電圧振動を吸収するフイルタを構成してい
る。マイクロコンピユータ１６１はクロツクパル
スを基本に5KHz〜30KHzの範囲内の一定周波数
のパルスを形成しこれを増幅器１６２に与える。
一方、マイクロコンピユータ１６１はＮチヤンネ
ルFET１とコイル２２の一端との接続点の電圧
（増幅器１６５の出力電圧）を監視し、それ自身
が出力したパルスの立上り点から増幅器１６５の
出力電圧の立上り点まで（td）の間のクロツクパ
ルスをカウントし、tdを示すコードを出力する
（DATA OUT）。

以上のように、第１図に示す温度センサー１
は、電気処理回路および論理処理電子装置を接続
して、温度センサー１の永久磁石４の温度変化に
対応した電気信号を得ることができる。

次に、第６ｂ図に示す実検データを参照して説
明する。−0.2％１℃の温度係数を持つフエライト
マグネツトを用いて、第６ａ図に示す如く、感温
フエライト磁石４と軟磁性体６とは一定のエヤギ
ヤツプを有して、平行に配置され、感温フエライ
ト磁石４に熱風を吹きつけて、該磁石冷却時の磁
束の変化をアモーフアスにコイルを巻回したセン
サーにて読み取る方法で測定した。

形状、寸法および配置位置並びに材質等を次に
示す。

軟磁性体６については、材質：Fe40，
Ni40P14，B6、厚み：0.058mm、巾：1.8mm、長
さ：40mm、重ね枚数：４枚（エポキシ系接着材使
用）。

電気コイル８については巻回数：1000（直径
0.12mm）、永久磁石４（フエライトマグネツト）
については、直径：12mm、長さ：40mm、感温フエ
ライト磁石４と軟磁性体６との間隔：10mm、測定
手段及び入力パルス周波数：回路100、5KHz、電
圧印加モード：Ｎ−Ｎ。

尚、電圧印加モードのＮ−Ｎは、第６ａ図にお
いて、軟磁性体６の左端がＮ極になるように、コ
イル８を電気回路１００に接続したことを示す。

この場合、感温フエライト磁石４の温度が上昇
するに従い、その磁界強度が弱り、その特性は、
第６ｂ図に示すデータグラフから、出力電圧Vx
は温度上昇と共にゆるく直線的に減少変化し、か
なり広い範囲において、直線性が高いことが分
る。

従つて、第１図に示す温度センサー１におい
て、感温フエライト磁石とアモーフアス軟磁性体
とを用いる極めて簡単な構成にして、熱入力に対
する磁気特性の変化を、使用目的により選定し、
その温度変化を電気信号に変換し、電気的処理で
温度検出信号が得られるので、機械的な摩耗によ
るガタ等生じなく、耐振動性が高く、安定した温
度検出を行う。特筆すべきは、センサーに接続さ
れる電気処理回路の構成が簡単であり、特に、１
チツプマイクロコンピユータなどの大規模半導体
装置で、圧力検出用パルスを作成し、そのパルス
と電気コイルの通電電流検出パルスの時間差をデ
ジタルコードで簡単に得ることができるというこ
とである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す温度センサ
ー１の縦断面図。第２ａ図は第１図に示す温度セ
ンサー１に接続され検出温度に対応したレベルの
アナログ電圧を生ずる電気処理回路１００を示す
回路図、第２ｂ図は第２ａ図に示す電気処理回路
１００の入、出力信号を示す波形図、第３ａ図は
第１図に示す温度センサー１に接続され、検出温
度に対応した時間差のパルスを生ずる電気回路１
２０を示す回路図、第３ｂ図は第３ａ図に示す電
気処理回路１２０の入、出力信号を示す波形図、
第４図は第３ａ図に示す電峯処理回路１２０の
入、出力パルス時間差tdをデジタルコードに変換
する計数回路１４０を示すブロツク図、第５図は
第１図に示す温度センサー１に接続され、１チツ
プマイクロコンピユータで温度センサー１の電気
コイル６に印加するパルス電圧に対する電気コイ
ル６に流れる電流の立上りの遅れ時間を計数する
電子処理ユニツト１６０を示すブロツク図、第６
ａ図は軟磁性体６に対する感温フエライト磁石４
の温度変化（冷却時）の磁束の変化を実験で求め
たときの、軟磁性体６と感温フエライト磁石４の
位置関係を示す図、第６ｂ図は第６ａ図で測定し
たデータを示すグラフである。 ４……永久磁石、６……軟磁性体、８……電気
コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 測温部に配置されると共に、温度変化に対応
   して磁界強度が変化する永久磁石、 該永久磁石の近傍に配置された軟磁性体コア手
   段、 該軟磁性体コア手段に巻回された電気コイル手
   段、 電圧発生手段、 指示に応じて電圧発生手段の発生電圧を前記電
   気コイル手段に印加する電圧切換手段、および 前記電気コイル手段に流れる電流を検出する電
   流検出手段、 を備え、指示から前記電流検出手段の測定電流の
   飽和までの時間を出力値とする温度センサー。