JPH05248965A - 温度センサ - Google Patents

温度センサ

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Publication number
JPH05248965A
JPH05248965A JP4575292A JP4575292A JPH05248965A JP H05248965 A JPH05248965 A JP H05248965A JP 4575292 A JP4575292 A JP 4575292A JP 4575292 A JP4575292 A JP 4575292A JP H05248965 A JPH05248965 A JP H05248965A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
voltage
resistance
input terminal
temperature sensor
Prior art date
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Pending
Application number
JP4575292A
Other languages
English (en)
Inventor
Kanehisa Kitsukawa
兼久 橘川
Yoshiyuki Otake
佳幸 大嶽
Satoshi Sugaya
聡 菅谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Niterra Co Ltd
Original Assignee
NGK Spark Plug Co Ltd
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Publication date
Application filed by NGK Spark Plug Co Ltd filed Critical NGK Spark Plug Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイグレーションによる劣化を防止するとと
もに、低コストで検出精度の高い温度センサを提供する
こと。 【構成】 温度センサ1の電気装置部4の回路は、測温
抵抗体7を帰還抵抗として含む非安定マルチバイブレー
タ15と、非安定マルチバイブレータ15から出力され
る信号(発振周波数)を用いて温度を測定する周波数・
温度変換部16とから構成されている。つまり、測温抵
抗体7は、オペアンプ20の出力電圧V oを+入力端子
20aに帰還する抵抗として使用されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車用触媒温
度センサや自動車用EGR温度センサ等に使用される温
度センサに関し、詳しくは測温抵抗体を用いた温度セン
サに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、周囲の温度を測定する素子と
して測温抵抗体が知られている。この測温抵抗体は、特
定の金属の比抵抗が温度とともにほぼ直線的に増加する
ことを利用したものであり、耐熱性が高いことから古く
より高温用温度センサとして利用されている。中でも白
金の極細線をコイル状に巻き、ガラスなどの耐熱性の高
い物質によってモールドしたものは代表的である。
【0003】また、前記のガラスの代わりにセラミック
スを用いたものは、ガラスよりも耐熱性が高いために、
より高温の温度測定に適している。しかしながら、白金
の極細線をセラミックス中にモールドすることは、工程
的に容易ではなく、量産には適さない。
【0004】そこで、この量産性を改善するために、白
金の粉末をペースト状にしたものをセラミックスのグリ
ーンシート上に印刷し、セラミックスと同時に焼成する
ことで測温抵抗体を形成した厚膜型の温度センサが開発
されている。この白金の測温抵抗体を用いた温度センサ
においては、温度検出回路には主に定電圧回路や定電流
回路が用いられているが、いずれも測温抵抗体を直流ブ
リッジ回路の一辺の抵抗として用い、抵抗値の変化を電
圧変化に換算して出力するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前記の様な厚膜型の温
度センサは、例えば自動車用の触媒の温度を測定するた
めに使用されるが、自動車の触媒の温度は最大で約10
00℃以上になることもあるので、その場合には、マイ
グレーションの発生によるセラミックスの劣化が大きな
問題になる。
【0006】このマイグレーションとは、セラミックス
中の不純物が直流電圧下でイオン化され、+イオンは−
電極側に−イオンは+電極側に移動する現象であり、そ
の結果、セラミックスの組織が変化(劣化)してその抵
抗値が変化するので、温度センサによる測定値が不正確
になってしまう。
【0007】この対策として、例えば、イオン化し易い
不純物を含まないセラミックスを使用したり、或はダミ
ーパターンと呼ばれるイオン化物質を集積するパターン
を抵抗体パターンに沿って形成する等の改良によって、
マイグレーションによる劣化を抑えてきたが、必ずしも
十分に劣化を防ぎ切れず、更に、この対策を施すために
大きなコストがかかるという問題があった。
【0008】また、温度センサの検出回路として、従来
の定電圧回路或は定電流回路を用いた場合には、回路中
に用いるオペアンプのオフセット電圧による誤差が発生
するので、どうしても検出精度が落ちてしまうという問
題もあった。更に、温度センサの制御回路として、デジ
タル回路を使用した場合には、A/Dコンバータの精度
が低いという問題や、A/Dコンバータのコストが大き
いという問題があった。
【0009】本発明は、前記課題を解決するためになさ
れ、マイグレーションによる劣化を防止するとともに、
低コストで検出精度の高い温度センサを提供することを
目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明は、セラミックス基体に比抵抗が温度に伴って
変化する測温抵抗体を備えるとともに、該測温抵抗体に
接続された検出回路を用いて周囲の温度を測定する温度
センサにおいて、前記検出回路として、オペアンプの非
反転入力端子に基準電圧が印加されるとともに、反転入
力端子にコンデンサが接続され、更に各入力端子と出力
端子との間に各々帰還抵抗が接続された発振器を用い、
前記帰還抵抗のいずれか一方に前記測温抵抗体を使用し
たことを特徴とする温度センサを要旨とする。
【0011】ここで、前記測温抵抗体としては、白金が
好適である。
【0012】
【作用】本発明の温度センサでは、測温抵抗体を使用し
た検出回路として、オペアンプを用いた発振器を採用し
ている。つまり、オペアンプの非反転入力端子には基準
電圧が印加され、一方オペアンプの反転入力端子にはコ
ンデンサが接続され、更に各入力端子と出力端子との間
には各々帰還抵抗が接続されている。よって、この構成
の発振器では、発振周波数(又は発振周期)は帰還抵抗
に応じて変化する。
【0013】そして、本発明では、前記帰還抵抗のいず
れか一方に、比抵抗が温度に伴って変化する測温抵抗体
を採用しているので、この測温抵抗体の抵抗値が温度に
応じて変化した場合に、発振器の発振周波数(又は発振
周期)も変化することになる。よって、図1に例示する
様に、温度と発振周波数との相関関係が得られるので、
この検出回路の発振周波数(又は発振周期)を測定する
ことによって、温度を測定することができる。
【0014】尚、発振器から出力された周期的な信号を
入力し、その信号に基づいて温度を検出する装置として
は、発振周波数を計数する例えば10進カウンタ等のI
Cのカウンタ等を使用できる。また、発振周期を測定す
る場合には、CPUの同期カウンタを使用して、1周期
の出力がされる時間を測定してもよい。
【0015】
【実施例】以下本発明の温度センサの一実施例を、図面
を参照して説明する。図2に示す様に、本実施例の温度
センサ1は、主として、温度測定部位に配置される感温
部2と、この感温部2に接続されて電気信号の処理を行
なう電気装置部4とから構成されている。
【0016】前記感温部2は、アルミナからなるセラミ
ックス基板6上に、白金からなる(温度に応じて抵抗値
Rhが変化する)測温抵抗体7が同時焼成によって形成
されたものであり、その表面にはアルミナからなる保護
層8が形成されている。また、測温抵抗体7からは、電
圧の印加や出力が行われるリード線10,11が導出さ
れて、前記電気装置部4に接続されている。
【0017】一方、前記電気装置部4の回路は、図3に
示す様に、測温抵抗体7を帰還抵抗として含む非安定マ
ルチバイブレータ15と、非安定マルチバイブレータ1
5から出力される信号(発振周波数)を用いて温度を測
定する周波数・温度変換部16とから構成されている。
つまり、測温抵抗体7は、オペアンプ20の出力電圧V
oを+入力端子20aに帰還する抵抗として使用されて
いる。
【0018】また、+入力端子20aには、測温抵抗体
7と同程度の大きさで互いに等しい抵抗値Raを有する
2本の抵抗23,24が接続されており、この抵抗2
3,24の一方は、電源端子25(電圧:Vcc)に、も
う一方はアースに接続されている。更に、オペアンプ2
0の−入力端子20bには、適当な大きさ(抵抗値:R
t)の抵抗26とコンデンサ27(電気容量:C)が接
続されており、この抵抗26はオペアンプ20の出力端
子29側に接続され、コンデンサ27はアースに接続さ
れている。
【0019】一方、周波数・温度変換部16は、出力端
子29から出力される信号のパルス数を計数するICか
らなるカウンタ30や、このカウンタ30によって計数
されたパルスを温度に換算する(周知のCPU,RO
M,RAM等からなる)電子回路31等から構成されて
いる。
【0020】次に、前記構成の温度センサ1の動作を、
図4のタイミングチャートに基づいて説明する。まず、
時刻t0(t=0)でオペアンプ20の−入力端子20
bの電圧V-が0Vであったとすると、+入力端子20
aにはいくらかの電圧V+が発生しているから、出力電
圧V0は電源電圧Vccまで上昇する。この時、電圧V+
下記数式(1)にて示される。
【0021】
【数1】
【0022】その後、−入力端子20bには、出力端子
29側から抵抗26を通して帰還電流が流れ、コンデン
サ27を充電するので、電圧が上昇し、(1)式の電圧
+に到達する。その瞬間(時刻t1)にオペアンプ20
の出力電圧V0は急変し、今度はアース電位まで下降す
る。すると、+入力端子20aの電圧は、測温抵抗体7
を通して出力電圧V0が帰還されるから電圧が減少す
る。従って、+入力端子20aの電圧と−入力端子20
bの電圧は、大小が反転するから、出力電圧V0の反転
が保持される。この時、電圧V+は下記数式(2)にて
示される。
【0023】
【数2】
【0024】その後、−入力端子20b側から出力端子
29側に、コンデンサ27から放電されることによって
抵抗26を通して電流が流れるので、−入力端子20b
の電圧が下がり、(2)式の電圧V+まで減少する。そ
の瞬間(時刻t2)に、オペアンプ20の出力電圧V0
電源電圧Vccまで上昇する。すると、+入力端子20a
の電圧は再び(1)式の電圧V+になるから、+入力端
子20aの電圧と−入力端子20bの電圧の大小が反転
し、出力電圧V0の反転は保持される。
【0025】それ以降は、この様な動作を繰り返す非安
定マルチバイブレータとして機能する。つまり、上述し
た回路動作において、測温抵抗体7の両端にかかる電圧
は、期間Aと期間Bとで方向が反転しているので、交流
電圧となっている。よって、この交流電圧がかかること
によって、直流印加時の様なマイグレーションの発生を
防止できる。尚、多少のオフセット電圧があったとして
も、電圧V-は、図示する様に上下する変動幅は一定で
あるので、オフセット電圧の影響は除かれる。
【0026】また、前記期間Aと期間Bとの反転の周期
τは、最初の1回目の反転以外はコンデンサ27の電圧
が、(1)式と(2)式の電圧V+を往復する時間で決
まる。ところで、前記測温抵抗体7の抵抗値Rhが大き
いと、(1)式の電圧V+は小さく(2)式の電圧V+
大きくなるので、その幅(差)は小さくなり、一方、抵
抗値Rhが小さいと、(1)式の電圧V+は大きく
(2)式の電圧V+は小さくなるので、その幅は大きく
なる。
【0027】そして、この(1)式から(2)式の電圧
+まで変化する時間は、下記(3)式にて示される。
尚、(2)式から(1)式の電圧V+まで変化する時間
も同一である。
【0028】
【数3】
【0029】この様に、前記(3)式は、測温抵抗体7
の抵抗値Rhを含んでおり、温度センサ1の出力とし
て、発振周期(或はその逆数である発振周波数)を用い
ることができるのである。即ち上述した図1に示す様
に、温度に応じて変化する発振周波数又は発振周期が得
られるので、この出力信号の周波数或は周期を用いて、
周囲の温度の測定ができる。
【0030】次に、実際に出力周波数と温度との相関関
係を確認した実験例について説明する。本実験例では、
図5に示す様に、各抵抗やコンデンサ等の値を設定し、
前記実施例のカウンタ30等を使用して温度と出力電圧
0の発振周波数(出力周波数)の関係を求めた。その
結果を下記表1に記す。尚、保護抵抗として、オフセッ
ト抵抗を使用したが、このオフセット抵抗とは、測温抵
抗体7の抵抗値が常温では低すぎるので、オペアンプ2
0の能力が足りず電流が流しきれない現象を防止するた
めのものである。
【0031】
【表1】
【0032】この表1から明らかな様に、温度が200
℃上昇する毎に出力周波数が約1kHz上昇しており、
温度上昇に比例して出力周波数が増加しているのが分か
る。よって、出力周波数を測定すれば、周囲の温度を精
密に測定することができる。また、この実験を1000
℃において200時間継続して実施したところ、マイグ
レーションの発生は見られず好適であった。
【0033】尚、本発明は上述した実施例の何等限定さ
れることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て各種の態様で実施できることは勿論である。
【0034】
【発明の効果】上述した様に、本発明の温度センサは、
検出回路として、オペアンプの非反転入力端子に基準電
圧が印加されるとともに、反転入力端子にコンデンサが
接続され、更に各入力端子と出力端子との間に各々帰還
抵抗が接続された発振器を用い、この帰還抵抗のいずれ
か一方に測温抵抗体を使用したので、温度センサの高温
での劣化の原因であるマイグレーションを防止して精密
な温度測定が可能である。このため、1000℃以上で
の連続温度測定を行うことができる。
【0035】従って、従来の様にイオン化し易い不純物
を含まないセラミックスやダミーパターンを使用しなく
とも、低いコストで高精度の温度測定ができる。また、
回路中のオペアンプのオフセット電圧による誤差が発生
しないので、高い検出精度を得ることができる。
【0036】更に、周波数出力とすることによって、デ
ジタル回路とのマッチングが良くなるとともに、温度検
出の精度が向上するという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の作用を説明するグラフである。
【図2】本実施例の温度センサの感温部を一部破断して
示す斜視図である。
【図3】本実施例の温度センサの回路を説明する回路図
である。
【図4】温度センサの動作を説明するタイミングチャー
トである。
【図5】実験例の温度センサの回路を説明する回路図で
ある。
【符号の説明】
1…温度センサ, 2…感温部,6…セ
ラミックス基板, 7…測温抵抗体,15…非
安定マルチバイブレータ,20…オペアンプ,30…カ
ウンタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 セラミックス基体に比抵抗が温度に伴っ
    て変化する測温抵抗体を備えるとともに、該測温抵抗体
    に接続された検出回路を用いて周囲の温度を測定する温
    度センサにおいて、 前記検出回路として、 オペアンプの非反転入力端子に基準電圧が印加されると
    ともに、反転入力端子にコンデンサが接続され、更に各
    入力端子と出力端子との間に各々帰還抵抗が接続された
    発振器を用い、 前記帰還抵抗のいずれか一方に、前記測温抵抗体を使用
    したことを特徴とする温度センサ。
JP4575292A 1992-03-03 1992-03-03 温度センサ Pending JPH05248965A (ja)

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JP4575292A JPH05248965A (ja) 1992-03-03 1992-03-03 温度センサ

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006180639A (ja) * 2004-12-22 2006-07-06 Fujitsu Ltd 圧電アクチュエータの駆動方法
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