JPH02216421A - 熱式センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発熱量の変化により各種物理量を検出する熱
式センサに関する。

［従来技術］ 従来、センサとしては種々のものが開発されているが、
例えばレベルセンサを例にとると、フロート式とサーミ
スタ式とがある。

フロート式は、第６図に示すように、支柱２１にリング
状のフロート２２をスライド可能に嵌挿し、このフロー
ト２２を液面に浮く構成として、フロート２２の内側に
マグネット２３を設けるとともに、支柱２１の内部下方
に磁力でオンするリードスイッチ２４を設けて、液面が
下降すると、フロート２２が下がってフロート２２のマ
グネット２３がリードスイッチ２４をオンさせて、液量
が残り少ない旨の検出信号が送られる。

また、サーミスタ式は、サーミスタに通電するとともに
、サーミスタにリレー、ランプを接続し、気体中と液体
中との放熱量の差から、液体中では抵抗が大きくなり気
体中では抵抗が小さくなるサーミスタの性質を利用して
、サーミスタが液体中から気体中へでるとリレーが動作
しランプが点灯して、液量が残り少ない旨が知らされる
。

［発明が解決しようとする課Ｕ］ しかしながら、上記フロート式のものでは、フロート２
２をマグネット２３の重さに抗して浮くだけの大きさに
し、リードスイッチ２４がマグネット２３の磁力で誤動
作しないように離しておくため支柱２１を長くしなくて
はならず、寸法が全体として大きくなってしまい、取り
付は位置に制約ができてしまうという問題があった。

また、上記サーミスタ式のものでは、サーミスタの形状
が大きいなめ、放熱量の変化を検出するまで時間がかか
るほか、検出精度も良くないといった問題があった。

本発明は、上述した課題を′解決するためになされたも
のであり、寸法が小さく、応答性、検出晴度の良い熱式
センサを提供することを目的とじている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために本発明においては、周囲の物
質へ熱を供給する、基体上に形成された膜状の発熱膜体
と、この発熱膜体に対し発熱電力を供給する電力供給手
段と、上記発熱膜体の周囲に存在する物質が熱抵抗の異
なるものに変わることによって生じる発熱膜体の放熱量
の変動を、当該発熱膜体の温度又は抵抗値、上記電力供
給手段から発熱膜体への供給電圧又は供給電流の変動に
より検出する検出手段とを備えたものである。

［作用］ これにより、直接レベルを検出する構成部分は発熱膜体
だけであるので、熱式センサ全体の寸法が非常に小さく
なるとともに、検出部分は膜状で、その熱容量に比べて
放熱面が大きいため、周囲の変化に対する応答性や検出
精度が向上するし、発熱膜体の放熱量の変動を発熱体の
温度変化又は抵抗値変化、発熱膜体への供給電圧又は供
給電流の変動により検出するから、発熱膜体の放熱量の
変動をサーミスタ等で検出する必要らなくなる。また温
度補償抵抗を備えているので外気温の変動による影響を
小さくすることができる。

［第１実施例］ 以下、本発明を具体化した一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図は熱式センサの縦断面図を示すもので、熱式セン
サの設置される装置内に固定された支持部材１に対し樹
脂製のホルダ２を介してセンサ基板４が固定されるとと
もに、このセンサ基板４の囲むようにして筒状のプロテ
クタ３も固定され、センサ基板４の保護が行われる。

このセンサ基板４は数〜数十ミリメートルの寸法及び十
分の数〜数ミリメートルの厚さの方形状の板で、材質は
アルミナ、ジルコニア、ステアタイト、コープイネイト
等のセラミックよりなる基板又はこの基板の表面にガラ
スよりなるアンダーグレーズを積層したものが用いられ
る。このセンサ基板４はステンレス板又はコバールにガ
ラスコーティングした絶縁基板を用いても良い、センサ
基板４の下方には、方形状の断熱孔５が形成され、さら
に、この断熱孔５のやや上方には、この断熱孔５より上
下幅のやや狭いスリット６が設けられている。

このセンサ基板４の表面の第１図の黒塗り部分及び点模
様部分には有機白金ペーストが印刷焼成され、白金の抵
抗膜体７が形成される。この抵抗膜体７の焼成温度は８
００℃であり、厚さは十分の数ミクロンが望ましいが、
これに限られるものではない、このようにして形成され
る抵抗膜体７に対して、第１図の点模様部分には銀パラ
ジウム又は銀白金がさらに積層印刷焼成され、導電膜体
８が形成される。導電膜体８の焼成温度も８００℃であ
り、厚さは数十ミクロンが望ましいが、これに限られる
ものではない。

上記抵抗膜体７のみの部分は、断面積が小さいため抵抗
値が高く、次述する発熱膜体Ｒｈ及び温度補償抵抗Ｒｔ
として用いられる。

上記抵抗膜体７及び導ｔＩ体８は、センサ基板４表面に
第１図左側１列、右側２列の計３列の紹長いパターンで
形成され、両端の２列は断熱孔５の両側からその下に回
り込み、抵抗膜体７のみの部分に接続されている。この
抵抗膜体７のみの部分が上記発熱膜体Ｒｈとなっている
。また断熱孔５とスリット６との間には、上記温度補償
抵抗Ｒｔが複数箇所で幾重にもジグザク状に折曲形成さ
れている。この温度補償抵抗Ｒｔも導電膜体８の積層さ
れない抵抗膜体７のみの部分よりなるものであり、この
温度補償抵抗Ｒｔの両端は、上記第１図左側１１１列目
、右［２列目の斜線部分の抵抗膜体７に導電膜体８を積
層したラインに接続されている。

発熱膜体Ｒｈは、周囲に存在する物質が熱抵抗の異なる
ものに変わる、例えば発熱膜体Ｒｈが液体中から気体中
へでることによって、放熱量が変動して印加電圧が変化
するもので、これにより液量が残り少ない官の検出信号
が出力される。温度補償抵抗Ｒｔはセンサ基板４に接す
る液体の温度を測定するためのものであり、これにより
上記発熱膜体Ｒｈの発熱条件が液体温度によって変化す
るのが補正される。

このように、直接液面レベルを検出する構成部分は発熱
膜体Ｒｈだけであり、熱式センサ全体の寸法が非常に小
さくなるとともに、検出部分は膜状で、ある程度の面積
を持っているため、液体中から気体中への変化に対する
応答性や検出精度が向上する。

上記断熱孔５は、発熱膜体Ｒｈの熱容量を制限し、かつ
温度補償抵抗Ｒｔとの断熱を行うためのものであり、ス
リット６は、温度補償抵抗Ｒｔを後述するパワートラン
ジスタ１１、オペアンプ１２から断熱するためのもので
ある。

上記抵抗膜体７、導電膜体８を含めたセンサ基板４上に
は、透明のガラスペーストが印刷積層され、約７００℃
で焼成されて、透明ガラス層がコーティング形成される
。この透明ガラス層は抵抗膜体７、導電膜体８を被検出
液及び塵芥から保護するオーバーコート用の膜であり、
厚さは数〜数十ミクロンが望ましいが、これに限られる
ものではないし、材質もガラス以外のものでも良い。

センサ基板４の上方には、ＮＰＮ型のパワートランジス
タ１１、オペアンプ１２、抵抗素子１３・・・等が取り
付けられており、後述する液量が残り少ない旨の検出信
号が生成される。

第２図は、このパワートランジスタ１１、オペアンプ１
２、抵抗素子１３・・・等の電気回路を示すもので、第
３図は、さらに発熱膜＃Ｒｈ、温度補償抵抗Ｒｔ、負荷
抵抗１４を含めた全体の電気回路を示すものである。

すなわち、直流電源＋１２Ｖに対し、負荷抵抗１４を介
し、上記発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１が直列に接続されてア
ースされるとともに、この発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１に対
し温度補償抵抗Ｒｔ、抵抗ＲＯ，Ｒ２が並列に接続され
ており、これら発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１、温度補償抵抗
Ｒｔと抵抗ＲＯ５抵抗Ｒ２でホイートストンブリッジが
構成されている。そして発熱膜体Ｒｈと抵抗Ｒ１との間
の電位（以下ａ点電位という）は上記オペアンプ１２の
一端子に入力され、抵抗ＲＯと抵抗Ｒ２との間の電位（
以下す点電位という）は上記オペアンブ１２の＋端子に
入力され、両電位の差の有無が検出される。このオペア
ンプ１２の出力電圧は、抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧された後
、上記パワートランジスタ１１のベースに与えられてい
る。このパワートランジスタ１１のコレクタは上記負荷
抵抗１４を介して直流電源＋１２Ｖに接続されており、
エミッタはアースされている。

発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１の抵抗値は温度補償抵抗Ｒｔ、
抵抗ＲＯ１Ｏ１抵抗より１桁低い値に設定されており、
電圧を印加した時、主に発熱膜体Ｒｈで発熱し、温度補
ｆｆｉ抵抗Ｒｔではあまり発熱しないようにされる。し
かし発熱膜体Ｒｈの抵抗値は、パワートランジスタ１１
が導通していないとき、リレー、ランプよりなる負荷抵
抗１４が作動しないだけの大きさは必要である。そして
発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１、温度補償抵抗Ｒｔ、抵抗ＲＯ
５抵抗Ｒ２の各抵抗値は、発熱膜体Ｒｈが気体中にある
時の抵抗値に基づいて、ホイートストンブリッジの平衡
がはかられるように設定されている。

なお、上記抵抗ＲＯ１Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４は、第１
図では抵抗素子１３で示されている。また、抵抗素子１
３等についても白金膜で構成してもよい。

次に、上記構成の熱式センサの動作について述べる。

いま、発熱膜体Ｒｈが液体中にあると、液体は通常空気
より熱抵抗がかなり低いから、発熱ＷＡ本Ｒｈからの熱
は液体によく吸収され、発熱膜体Ｒｈの温度は低くなり
、発熱膜体Ｒｈの抵抗値も小さい、従って、発熱膜体Ｒ
ｈと抵抗Ｒ１の間のａ点電位は抵抗ＲＯと抵抗Ｒ２との
間のｂ点電位より高く、オペアンプ１２の出力はローレ
ベルであり、バフ−トランジスタ１３が導通していない
状態にある。

ここで液量が残り少なくなって、発熱膜体Ｒｈが液体中
から気体中にでると、空気は液体はど吸熱しないから、
発熱膜体Ｒｈの温度は高くなり、発熱膜体Ｒｈの抵抗値
が大きくなる。従って、発熱膜体Ｒｈと抵抗Ｒ１の間の
ａ点電位が抵抗Ｒ０と抵抗Ｒ２との間のｂ点電位より低
くなり、オペアンプ１２よりハイレベル信号かが出力し
て、パワートランジスタ１１が導通する。この結果、負
荷抵抗１４にかかる電圧が大きくなり、リレーやランプ
が動作して液量が残り少ないことが報知される。

このとき、ホイートストンブリッジ全体の印加電圧は、
液体中で８■、気体中で４■ぐらいになる。

また、液体自体の温度の変化による発熱膜体Ｒｈの発熱
条件の変化については、温度補償抵抗Ｒｔの抵抗値が変
化して発熱膜ｔ＊Ｒｈに印加される電圧が補償されるこ
とにより、その補正が行われる１例えば、液体の温度が
上がれば、発熱膜体Ｒｈの抵抗値がやや大きくなって発
熱膜体Ｒｈの印加電圧も大きくなり、この結果ａ点電位
が下がってオペアンプ１２の一人力が小さくなるが、温
度補償抵抗Ｒｔの抵抗値も大きくなって温度補償抵抗Ｒ
ｔの印加電圧ら大きくなり、この結果す点電位ら下がっ
てオペアンプ１２の十人力も小さくなるので、オペアン
プ１２の出力はローレベルを維持したままとなる。また
、液体の温度が下がれば、上述の動作と全く反対の動作
が行われ、同様にオペアンプ１２の出力はローレベルを
維持したままとなる。さらに、・センサが気体中にある
とき、気体の温度が変化しても、上述の動作と同じよう
な動作が行われ、オペアンプ１２の出力はハイレベルを
維持したままとなる。

［第２実施例］ 第４Ａ図及び第４Ｂ図のセンサの検出制御回路は、発熱
膜体の抵抗値の熱的変化を検出して、この検出結果に応
じて、発熱膜体の加圧電圧又は流入電流を増減Ｉ１１御
するものである。

これにより、電源投入直後は全電源電圧をホイートスト
ンブリッジに印加し、発熱膜体の温度を急速に上げ、発
熱膜体の抵抗値が上ってきたら、発熱膜体を所定の温度
になる様に、その加圧電圧又は加圧電流を制御する。こ
れにより暖気時間を早め、定常状態で発熱膜体を一定温
度にすることができる。

なお、発熱膜体が温度上昇に伴って抵抗値が下がるもの
である場合等には、上述の場合とは逆に発熱膜体の加圧
電圧又は加圧電流を増加させる制御が行われる。

第４Ａ図の回路は、第５Ａ図の回路を改良したものであ
り、第５Ａ図の回路は、直流電源＋Ｖ１１に対し、上記
発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１１が直列に接続されてアースさ
れるとともに、この発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１１に対し温
度補償抵抗Ｒｔ、抵抗抵抗Ｏ１抵抗Ｒ１２が並列に接続
されており、これら発熱膜体Ｒｈ、抵抗Ｒ１１、温度補
償抵抗Ｒｔ、抵抗Ｒ１０、抵抗Ｒ１２でホイートストン
ブリッジが構成されている。

そして発熱膜体ａｈと抵抗Ｒ１１との間の電位（以下ａ
点電位という）は、オペアンプ０Ｐ１１の−ｔ４Ａ字に
入力され、抵抗ＲＩＯと抵抗抵抗Ｒ１２との間の電位（
以下す点電位という）は、上記オペアンプ０ＰＩＩの子
端子に入力され、両電位の差の有無が検出される。この
オペアンプ０Ｐ１１の出力電圧は、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４
で分圧された後、ＮＰＮ型のトランジスタＴｒｌｌのベ
ースに与えられている。このパワートランジスタ１１の
コレクタは、負荷抵抗Ｒ１５を介して直流電源子■１１
に接続されており、エミッタはアースされている。

いま、発熱膜体Ｒｈが液体中にあると、液体は通常空気
より熱抵抗がかなり低いから、発熱膜体Ｒｈからの熱は
液体によく吸収され、発熱膜体Ｒｈの温度は低くなり、
発熱膜体Ｒｈの抵抗値も小さい、従って、発熱膜体Ｒｈ
と抵抗Ｒ１１の間のａ点電位は、抵抗ＲＩＯと抵抗抵抗
Ｒ１２との間のｂ点電位より高く、オペアンプ０Ｐ１１
の出力はローレベルであり、パワートランジスタＴｒｉ
１が導通していない状態にある。

ここで液量が残り少なくなって、発熱膜体Ｒｈが液体中
から気体中にでると、空気は液体はど吸熱しないから、
発熱膜体Ｒｈの温度は高くなり、発熱膜体Ｒｈの抵抗値
が大きくなる。従って、発熱膜体Ｒｈと抵抗Ｒ１１の間
のａ点電位が、抵抗ＲＩＯと抵抗抵抗Ｒ１２との間のｂ
点電位より低くなり、オペアンプ０Ｐ１１よりハイレベ
ル信号が出力して、トランジスタＴｒｌｌが導通する。

この結果、負荷抵抗Ｒ１５にかかる電圧が大きくなり、
負荷抵抗Ｒ１５を横ａｔするリレーやランプが動作して
液量が残り少ないことが報知される。

このような、熱式センサの検出回路に、電源を投入して
、ホイートストンブリッジに＋Ｖｔｔの電圧を与えると
、発熱膜体Ｒｈに電力が供給されて、その温度が次第に
上ってくるため、発熱膜体Ｒｈの抵抗値が大きくなって
、ａ点の電位は、第３Ｂ図に示すように、除々に下って
くる。そして、発熱膜体Ｒｈが周囲との間で熱平衡状態
に達すると、ａ点の電位は一定の値にほぼ落ち着く、こ
の場合、発熱膜体Ｒｈが液中と空気中とにあるときで、
熱平衡状態が異なるので、ａ点の落ち着く電位にも差が
生じる。そして、この差の間で、上記トランジスタＴｒ
ｌｌのオンとオフが切り換わるように、回路設計が行わ
れる。従って、ａ点の電位が一定の値に落ち着くまでの
時間（これを暖気時間という）、検出を行うことができ
ず、電源役人時のスピーデイな検出を行うことができな
かった。

第４Ａ図は、熱式センサの全体回路を示すもので、プラ
スの直流電源子■０に対し、ＮＰＮ型のトランジスタＴ
ｒｉのコレクタが接続され、このトランジスタＴｒｉの
エミッタに、発熱膜体Ｒｈ及び抵抗Ｒｓが直列に接続さ
れ、抵抗Ｒｓの他端はアースされている。この発熱１１
１体Ｒｈ、抵抗Ｒ５に対し温度補償抵抗Ｒｔ、抵抗ＲＰ
、抵抗Ｒｄが並列に接続されており、これら発熱膜体Ｒ
ｈ、抵抗Ｒ５、温度補償抵抗Ｒｔ、抵抗ＲＰ、抵抗Ｒｄ
でホイートストンブリッジが構成されている。

そして発熱膜体Ｒｈと抵抗Ｒｓとの間のＡ点の電位は、
オペアンプＯＰ１の＋端子に入力され、抵抗Ｒｐと抵抗
Ｒｄの間のＢ点の電位は、オペアンプ１１の一端子に入
力され、両電位の差に比例した電圧が出力される。この
オペアンプＯＰ１の出力電圧は、上記トランジスタＴｒ
ｉのベースに与えられている。

また、上記直流電源＋ＶＯに対し、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２
が直列に接続され、抵抗Ｒ２の他端はアースされている
。抵抗Ｒ２は、可変抵抗タイプのもので、可変摺動端子
はオペアンプＯＰ２の十端子に入力され、他方、上記発
熱膜体Ｒｈと抵抗Ｒ５との間のＡ点の電位は、オペアン
プＯＰ２の一端子に入力されている。上記、可変抵抗タ
イプの抵抗Ｒ２の可変摺動端子における電位は、第４Ｂ
図のｒＪＪのラインで示す判定値Ｊに設定されており、
上記発熱膜体Ｒｈが液中にあって、Ａ点の電位が判定値
Ｊより高ければ、オペアンプＯＰ２は出力せず、発熱膜
体Ｒｈが空気中にあって、Ａ点の電位が判定値Ｊより低
ければ、オペアンプＯＰ２は出力する。

上記抵抗Ｒ２には、ツェナーダイオードＺＤＩが並列に
接続されており、ツェナーダイオード２Ｄ１のアノード
側がアース側に、カソード側が抵抗Ｒ１１１１ｊに接続
されている。このツェナーダイオードＺＤ１によって、
抵抗Ｒ２の印加電圧が一定値に保たれ、判定ＩＪが変化
しないようになっている。

オペアンプＯＰ２の出力側には、第５Ａ図と同様に、Ｎ
ＰＮ型のトランジスタのベースが接続され、このトラン
ジスタと発光ダイオードとが直流電源＋ｖＯとアースと
の間に直列に接続されたり、ドライバを介してデイスプ
レィが接続されたり等して液量が残り少ない旨の報知が
なされる。

なお、上述の抵抗Ｒｄ、抵抗ＲＰの抵抗値は、以下の値
に選定される。

Ｒｄ＝ＲｓＸ　（ＡｔｘＲｔ／ＡｈｘＲｈ）Ｒｐ＝Ｒｔ
ｘ　（Ａｔ／Ａｈ＋ＡｔｘＴ−１）Ｒｔ：温度補償抵抗
Ｒｔの抵抗値 Ｒｈ：発熱膜体Ｒｈの抵抗値 Ａｔ：温度補償抵抗Ｒｔの定貫量温度係数Ａｈ：発熱膜
体Ｒｈの定質量温度係数 Ｔ二発熱膜体Ｒｈと外気温との設定温度差これにより、
ホイートストンブリッジの中の発熱膜体Ｒｈ、温度補償
抵抗Ｒｔの各抵抗値が決った後、抵抗Ｒｓの値を決めた
ら、抵抗Ｒｄを発熱膜体Ｒｈと温度補償抵抗Ｒｔの各抵
抗値の温度変化につき、ブリッジの平衡が保たれるよう
に決定することになる。また、抵抗Ｒｐは、温度補償抵
抗Ｒｔに対し、温度補償抵抗Ｒｔと発熱膜体Ｒｈとの温
度の違いに対する抵抗温度変化分の差を補正する値に決
定されることになる。

このようにして、各抵抗値が決定されると、ホイートス
トンブリッジは、Ｂ点の電位よりＡ点の電位の方が僅か
に高い状態に常に設定され、状況の変化に応じて両電位
の差が拡がったり、縮まったりする。

次に、上記構成の検出制御回路の動作について述べる。

電源を投入すると、ホイートストンブリッジのＡ点の電
位はＢ点の電位より高いため、オペアンプＯＰ１より両
電位の差に応じたレベルの電圧が出力され、ＮＰＮ型の
トランジスタＴｒｉを導通させる。従って、直流電源＋
ｖＯの電圧は、はとんどホイートストンブリッジにかか
り、発熱膜体Ｒｈに大きな電力が供給されて、発熱膜体
Ｒｈが急速に霞められることになる（これが４Ｂ図に示
す■の部分である）。

発熱膜体Ｒｈが暖められて温度が上昇すると、発熱膜体
Ｒｈの抵抗値が大きくなって、Ａ点の電位が、第４Ｂ図
の破線で示す方向に向って、次第に下降していくことに
なる。この破線は、第５Ｂ図の従来の下降曲線とほぼ同
じものである。

しかし、Ａ点の電位が下降し、Ｂ点とほぼ同じレベルに
なると、オペアンプＯＰＩの出力はトランジスタＴｒｉ
を完全に導通する程ではなくなり、トランジスタＴｒｉ
の動作領域で働く様になる。

これが■の時間帯である。■の時間帯では暖気時間を早
める為に、フルパワーを印加し、■の時間帯ではヒータ
が一定温度に保持される様に制御していることになる。

ここで従来の方式と異る点は、従来方式は常時ホイート
ストンブリッジにフルパワーを印加し、最終到達温度も
電源電圧に左右される６本発明は最終到達温度を電：ａ
電圧印加によるものより低く設定することにより、フル
パワー印加時に最終到達温度になるまでの時間を短くし
たことである。

こうして、電源投入時の暖気時間が短くて済み、よりス
ピーデイな検出を行うことができる。

上記Ａ点の電位が一定電位に落ち着く平衡状態は、ホイ
ートストンブリッジの加圧電圧による、発熱膜体Ｒｈの
温度上昇と、周囲に存在する物質への熱の拡散とが釣り
合った状態である。従って、発熱膜体Ｒｈは、空気中に
あるときよりも液体中にあるときの方が、吸熱状態が良
く、熱拡散が大きい、この結果、ホイートストンブリッ
ジの加圧電圧がオペアンプＯＰＩの働きで高くなり、Ａ
点の電位も、第４Ｂ図に示すように、空気中にあるとき
に比べ高くなる。この電位差を利用して、レベル検出が
行われる。

すなわち、発熱膜体Ｒｈが液体中にあると、液体は通常
空気より熱抵抗がかなり低いから、発熱膜体Ｒｈからの
熱は液体によく吸収され、それにバランスするだけの電
圧を供給するためにホイートストンブリッジへの加圧電
圧は高くなる。従って、Ａ点電位は抵抗Ｒ２の可変摺動
端子の判定電位Ｊより高く、オペアンプＯＰ２の出力は
ローレベルである。

ここで液量が少なくなって、発熱膜体Ｒｈが液体中から
気体中にでると、空気は液体はど吸熱しないから、それ
とバランスするだけの電力を供給するために、ホイート
ストンブリッジへの加圧電圧は低くなる。従って、Ａ点
電位が判定電位Ｊより低くなり、オペアンプＯＰ２より
ハイレベル信号が出力して、液量の少ないことが報知さ
れる。

また、液体自体の温度の変化による発熱膜体Ｒｈの発熱
条件の変化については、温度補償抵抗Ｒｔの抵抗値が変
化して、発熱膜体Ｒｈに印加される電圧が補償されるこ
とにより、その補正が行われる０例えば、液体の温度が
上がれば、発熱膜体Ｒｈの抵抗値がやや大きくなって、
発熱膜体Ｒｈの印加電圧も大きくなり、この結果Ａ点電
位が下がって、オペアンプＯＰ１の十入力が小さくなる
が、温度補償抵抗Ｒｔの抵抗値も大きくなって、温度補
償抵抗Ｒｔの印加電圧も太き（なり、この結果Ｂａ電位
も下がって、オペアンプＯＰＩの一人力も小さくなるの
で、オペアンプｏＰ１の出力はほとんど変わらず、トラ
ンジスタＴｒｉの導通状態も変わらない。

また、液体の温度が下がれば、上述の動作と全く反対の
動作が行われ、同様にオペアンプＯＰＩの出力はほとん
ど変わちす、トランジスタＴｒｉの導通状態も変わらな
い、さらに、センサが気体中にあるとき、気体の温度が
変化しても、上述の動作と同じような動作が行われ、オ
ペアンプＯＰ１の出力はほとんど変わらず、トランジス
タＴｒ１の導通状態も変わらない。

なお、抵抗Ｒ２の可動摺動端子における判定電位Ｊは、
上述した温度変化によるＡ点電位の変化の範囲から離れ
たポイントに設定される。また、温度補償抵抗Ｒｔをセ
ンサ部すなわち発熱膜体Ｒｈに対し、断熱して直近に位
置させることにより、液温又は環境の温度変化を正確に
検出して補正し、液温又は環境の温度変化に対しても精
度良く検出することができる。

本発明は上記実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱
しない範囲で種々変更可能である９例えば、発熱膜体Ｒ
ｈの材質、大きさ厚さ等は、上述したもの以外のもので
もよく、製造方法も蒸着及びエツチング技法によるもの
でも良い、またセンサ基板４の向きは液面に対して水平
、斜め、横向き等でも良く、検出するレベルは液体以外
に流動性固体、粉体の他、熱抵抗の異なる複数の物質の
境界面のレベルであっても良いし、第１図の点模様部分
の導電膜体８は、白金膜に銀パラジウム等が積層された
ものではなく、銀パラジウム単層のものでも良い、また
、オペアンプＯＰ１の十−を逆にして、トランジスタＴ
ｒｉをＰＮＰ型にしたり、その他ＦＥＴ等の各種スイッ
チング素子を用いたり、ホイートストンブリッジ内の発
熱膜体Ｒｈと抵抗Ｒｓ、温度補償抵抗Ｒｔ及び抵抗ＲＰ
と抵抗Ｒｄとを入れ換え、オペアンプＯＰ１の＋−を逆
にしてもよいし、オペアンプＯＰ２はツートン型のもの
でもよく、オペアンプＯＰＩ、ＯＰ２は比較検出できれ
ば何でもよいし、検出するレベルは液体以外に流動性固
体、粉体の他、熱抵抗の異なる複数の物質の境界面のレ
ベルであってもよく、第４Ａ図の回路は熱式レベルセン
サ以外に、熱式の流量・流速測定センサ、温度センサ等
に用いることら可能である。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、周囲の物質へ熱を
供給する、基体上に形成された膜状の発熱膜体と、この
発熱膜体に対し発熱電力を供給する電力供給手段と、上
記発熱膜体の周囲に存在する物質が熱抵抗の異なるもの
に変わることによって生じる発熱膜体の放熱量の変動を
、上記電力供給手段から発熱膜体への供給電圧及び供給
電流の変動により検出する検出手段とを備えたから、直
接レベルを検出する構成部分は発熱膜体だけであるので
、熱式センサ全体の寸法が非常に小さくなるとともに、
検出部分は膜状で、その熱容量に比べて放熱面が大きい
ため、周囲の変化に対する応答性や検出精度が向上する
し、発熱膜体の放熱量の変動を発熱膜体への供給電力の
変動により検出するから、発熱膜体の放熱量の変動をサ
ーミスタ等で検出する必要もなくなる等の効果を奏する
。

また、発熱膜体の抵抗値の熱的変化を検出して、この検
出結果に応じて、発熱膜体の加圧電圧又は流入電流を増
減制御するようにしたから、Ｔｈ源投入により発熱膜体
の温度が変化してきたら、発熱膜体の加圧＠圧又は加圧
を流を強制的に増減制御して、発熱膜体の加圧電圧又は
加圧電流を、より速く平衡状態の一定値に到達させ、を
源投入時のセンサ検出をよりスピーデイに行うことがで
きる等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明の実施例を示すもので、第１
図は熱式センサの縦断面図であり、第２図は熱式センサ
の一部を電気回路で示した図であり、第３図は熱式セン
サの全体回路図であり、第４Ａ図及び第５Ａ図はセンサ
の検出制御装置の回路図であり、第４Ｂ図及び第５Ｂ図
は電源投入時における第４Ａ図及び第５Ａ図のＡ点の電
位の下降変化状態を示す図であり、第６図は従来例を示
す図である。 ４・・・センサ基板、７・・・抵抗膜体、８・・・導Ｓ
　＠木、１１・・・パワートランジスタ、１２・・・オ
ペアンプ、１４・・・負荷抵抗、Ｒｈ・・・発熱Ｍ本、
Ｒｔ・・・温度補償抵抗、ＯＰＩ、ＯＲ３・・・オペア
ンプ、Ｔｒｉ・・・トランジスタ。 特許出願人　　日本特殊陶業株式会社 代　理　人　弁理士　若原誠− 派 Ｒｈ 第８図 涯 ｄ樋！１？ヰ 轢

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物質の存在レベルを検出するセンサにおいて、 周囲の物質へ熱を供給する、基体上に形成された膜状の
   発熱膜体と、 この発熱膜体に対し発熱電力を供給する電力供給手段と
   、 上記発熱膜体の周囲に存在する物質が、熱抵抗の異なる
   ものに変わることによって生じる、発熱膜体の放熱量の
   変動を、上記電力供給手段から発熱膜体への供給電力、
   供給電流、発熱膜体の温度又は発熱膜体の抵抗値の変動
   により検出する検出手段とを備えたことを特徴とする熱
   式センサ。 ２、発熱量の変化により各種物理量を検出するセンサに
   おいて、 発熱膜体に対し、発熱電力を供給する電力供給手段と、 周囲への放熱条件の変化による、発熱膜体の放熱量の変
   動を、上記電力供給手段から発熱膜体への供給電力又は
   供給電流の変動により検出することによって、発熱膜体
   の周囲の物理量又は物理量の変化を検出する物理量検出
   手段と、 上記発熱膜体の抵抗値の熱的変化を検出する発熱膜体検
   出手段と、 この発熱膜体検出手段の検出結果に応じて、上記発熱膜
   体の加圧電圧又は流入電流を増減制御する増減制御手段
   とを備えたことを特徴とする熱式センサ。 ３、上記発熱膜体検出手段は、発熱膜体が組み込まれた
   ブリッジ回路と、このブリッジ回路の不平衡電圧又は不
   平衡電流を検出するオペアンプとよりなることを特徴と
   する請求項２記載の熱式センサ。 ４、上記ブリッジ回路には、温度変化に応じて抵抗値の
   変化する温度補償抵抗が組み込まれており、この温度補
   償抵抗により、上記発熱膜体における検出内容を、温度
   変化に応じて補償することを特徴とする請求項３記載の
   熱式センサ。