JPH0926407A

JPH0926407A - 熱伝導度検出器

Info

Publication number: JPH0926407A
Application number: JP17598595A
Authority: JP
Inventors: Junichi Kita; 純一喜多; Hiroo Kinoshita; 太生木下
Original assignee: Shimadzu Corp
Current assignee: Shimadzu Corp
Priority date: 1995-07-12
Filing date: 1995-07-12
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】取り付け作業が容易で、取り付けに場所を取ら
ないようにする。【課題解決手段】ベース基板２上にヒータ３とサーミス
タ４とを設けて、構成を簡単にした熱伝導度検出器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、霜センサ等に応用
できる熱伝導度検出器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、熱伝導度検出器として、特開
平１−３１２３７８号公報に示すように、熱交換器の自
動除霜装置において霜センサとして用いられたものがあ
る。この熱伝導度検出器５０は図８に示すように、感熱
素子であるサーミスタ５１と、加熱手段である加熱ヒー
タ５２とを備えており、これらは蒸発器５３の蒸発パイ
プ５４に設けたステイ５５に取り付けられて構成されて
いる。なお、符号５６は蒸発パイプ５４に設けられた冷
却フィンである。

【０００３】この熱伝導度検出器５０は、加熱ヒータ５
２によってサーミスタ５１を加熱してその抵抗値を強制
的に下げるように構成されており、サーミスタ５１上の
霜の有無によって変動するサーミスタ抵抗値の変動量を
測定することで、サーミスタ５１の熱伝導度変化を検出
している。サーミスタ５１はその上に霜が形成される
と、加熱ヒータ５２からサーミスタ５１への熱伝導度が
悪くなるので、熱伝導度の変化を検出すればサーミスタ
５１上や、サーミスタ５１が配置された環境、すなわ
ち、蒸発パイプ５４付近に霜が形成された否かを検出で
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
構成された従来の熱伝導度検出器５０には蒸発パイプ５
４にステイ５５を取り付けたうえで、さらにサーミスタ
５１と、加熱ヒータ５２とをステイ５５に取り付ける必
要があり、取り付け作業が繁雑になるうえ、熱伝導度検
出器５０の取り付けに要する容積が大きくならざるを得
ず、そのために、全体として小型化が図れないという問
題があった。

【０００５】したがって、本発明においては、取り付け
作業が容易で、取り付けに場所を取らない熱伝導度検出
器の提供を目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明においては、ベース基板上に加熱手段
と感熱手段とを設けたことに特徴を有しており、ベース
基板を所定位置に取り付けるだけで熱伝導度検出器の取
り付けが行えるようになっている。また、ベース基板に
加熱手段と感熱手段とを設けて熱伝導度検出器を構成し
ているので、その構成が簡単になっている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明を熱伝導度検出器の
一種である霜センサにおいて実施した各実施例について
図面を参照して詳細に説明する。

【０００８】第１実施例この霜センサ１は、図１に示すように、アルミナ基板等
のベース基板２上に加熱手段であるヒータ３と感熱手段
であるサーミスタ４とを併設している。サーミスタ４は
ベース基板２表面の中央部に形成されている。ヒータ３
はサーミスタ４を囲んでその周囲に設けられている。ベ
ース基板２の表面の端部には接続電極６，…が設けられ
ており、各接続電極６，…はサーミスタ４とヒータ３と
に接続されている。また、サーミスタ４とヒータ３とは
保護膜７によって覆われている。一方、ベース基板２の
裏面には取付脚５が設けられている。サーミスタ４とヒ
ータ３とはペースト印刷法によりベース基板２上に形成
されている。そして、サーミスタ４は、霜の大きさに比
して同等程度ないし極端に大きくならない程度の、例え
ば５００μｍ×１０００μｍの大きさとなっている。

【０００９】このように構成された霜センサ１がエアコ
ンディショナの室外機を構成する冷却フィン表面等の放
熱面（吸熱面）Ａに取り付けられている。取り付けは取
付脚５を放熱板（吸熱板）Ａを接着することにより行わ
れ、取り付けによってベース基板２の裏面は放熱板（吸
熱板）に接することはない。

【００１０】次に、この霜センサ１による霜検出動作に
用いられる検出回路１０について図２に基づいて説明す
る。

【００１１】検出回路１０はヒータ駆動制御用のパルス
信号Ｐ１を発生させるパルス発生器１１を備えている。
パルス信号Ｐ１はスイッチＳＷ１に入力されており、ス
イッチＳＷ１はパルス信号Ｐ１に応じてヒータ３への電
力供給を入切制御している。また、パルス信号Ｐ１の立
ち上がりは立ち上がり検出器１２によって検出されてい
る。

【００１２】一方、サーミスタ４には定電流源１３から
定電流ｉ１が入力されており、これによってサーミスタ
４からは電圧信号Ｖｒ１が出力される。電圧信号Ｖｒ１
はファンクション１４によって後段の信号処理に適した
ファンクション信号Ｖｆ１に作り変えらるようになって
いる。ファンクション１４の出力側はラッチ回路１５と
コンパレータ１８とにスイッチＳＷ２，ＳＷ３を介して
並列に接続されている。スイッチＳＷ２，ＳＷ３は立ち
上がり検出器１２が出力する立ち上がり検出信号ＳＵ１
を基にして入切制御される。

【００１３】ラッチ回路１５の出力電圧であるラッチ電
圧Ｖｍ１は、加算器１７において基準電圧Ｖｋ１が加算
されて閾値信号Ｖｓ１となってコンパレータ１８に入力
される。基準電圧Ｖｋ１は基準電圧発生器１６で電圧値
可変に作成される。なお、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３は半
導体型スイッチでも機械式スイッチからでも構成するこ
とができる。また、立ち上がり検出器１２は例えばマル
チバイブレータから構成することができる。さらには、
ラッチ回路１５はアナログメモリから構成できるほか、
ファンクション信号Ｖｆ１をＡ／Ｄ変換するのであれは
デジタルメモリから構成できる。

【００１４】次に、この検出回路１０を用いた霜センサ
１の霜検出動作を図３のタイミングチャートを基にして
説明する。

【００１５】パルス発生器１１によって周期ｆ１（数十
秒程度）で作成されたパルス信号Ｐ１〈図３（ａ）参
照〉のＨＩＧＨ期間のみスイッチＳＷ１が入操作され
て、ヒータ３に電力が供給される。電力を供給されたヒ
ータ３はベース基板２とサーミスタ４とを加熱する。加
熱されたサーミスタ４は抵抗値が低下するので、サーミ
スタ４の出力である電圧信号Ｖｒ１は下降し、さらに、
ファンクション１４が出力するファンクション信号Ｖｆ
１の値は上昇する〈図３（ｃ）,（ｅ）参照〉。

【００１６】ファンクション信号Ｖｆ１はスイッチＳＷ
２，ＳＷ３によって出力制御されている。スイッチＳＷ
３は立ち上がり検出器１２が出力する立ち上がり検出信
号ＳＵ１のＨＩＧＨ期間ｔ１〈図３（ｂ）参照〉のみ入
操作するので、ラッチ回路１５には、ファンクション信
号Ｖｆ１の立ち上がり初動時の電圧信号Ｖｆ１ｓが入力
されて記憶される。ラッチ回路１５が記憶した電圧信号
Ｖｆ１ｓは、加算器１７で基準電圧Ｖｋ１が加算されて
閾値信号Ｖｓ１となってコンパレータ１８に入力され
る。このように形成される閾値信号Ｖｓ１とは、ファン
クション信号Ｖｆ１のバックグラウンド電圧に所定の電
圧（基準電圧Ｖｋ１）を加算したものとなる。

【００１７】一方、ファンクション信号Ｖｆ１はスイッ
チＳＷ２を介してコンパレータ１８に入力される。スイ
ッチＳＷ２は立ち上がり信号ＳＵ１の反転信号ＳＵ１’
によって入切制御されており、反転信号ＳＵ１’のＨＩ
ＧＨ期間（立ち上がり信号ＳＵ１のＬＯＷ期間ｔ２〈図
３（ｂ）参照〉と同期間）の間、ファンクション信号Ｖ
ｆ１をコンパレータ１８に入力している。したがって、
スイッチＳＷ２は立ち上がり初動時を除いたほどんど全
ての期間のファンクション信号Ｖｆ１をコンパレータ１
８に入力させている。

【００１８】そして、入力されたファンクション信号Ｖ
ｆ１はコンパレータ１８において、閾値信号Ｖｓ１と比
較され、次のようにしてサーミスタ４に霜が付着してい
るか否かが判定される。

【００１９】すなわち、サーミスタ４に霜が付着してい
ない場合は、サーミスタ４の上方に空気の対流層が存在
することになり、ヒータ３によって加熱されているとい
えども対流層によって常時放熱されるので、サーミスタ
３の温度はそれほど上昇せず、ファンクション信号Ｖｆ
１は図３（ｃ）に示すように、閾値信号Ｖｓ１のレベル
を越えない。したがって、コンパレータ１８の出力Ｃ１
はＬＯＷのままとなる〈図３（ｄ）参照〉。コンパレー
タ１８の出力Ｃ１がＬＯＷのままであると、サーミスタ
４に霜が付着していないと判断される。

【００２０】一方、サーミスタ４に霜が付着している場
合は、サーミスタ４の上方に霜という断熱材が形成され
ることになる。またこのとき、サーミスタ４は霜の間に
取り囲まれて対流しない空気層によって大きく覆われる
ので、構造上放熱しにくくなっている。そのため、ヒー
タ３で加熱されたサーミスタ４の熱は外部に発散されに
くくなって、サーミスタ４の温度は上昇する。したがっ
て、ファンクション信号Ｖｆ１はパルス信号Ｐ１のＨＩ
ＧＨ期間中に閾値信号Ｖｓ１レベルを超過することにな
る〈図３（ｅ）参照〉。ただ、サーミスタ４は温度上昇
しても、もともと−２０℃程度の低温であるため霜が溶
けるほどの温度上昇はしない。

【００２１】ファンクション信号Ｖｆ１が閾値信号Ｖｓ
１レベルを超過する期間に同期してコンパレータ出力Ｃ
１がＨＩＧＨとなる〈図３（ｆ）参照〉。したがって、
コンパレータ１８の出力Ｃ１がＨＩＧＨとなったことが
検出されると、サーミスタ４に霜が付着していると判断
される。

【００２２】なお、ラッチ回路１５はパルス信号Ｐ１の
反転信号Ｐ１’に同期してクリアされ、コンパレータ１
８はパルス信号Ｐ１に同期しててクリアされるようにな
っている。

【００２３】次に、閾値信号Ｖｓ１のレベル調整、すな
わち、感度の調整方法について説明する。すなわち、ま
ず、サーミスタ４に霜が付着していない状態でヒータ３
をｆ１の周期でｔ１＋ｔ２時間だけ加熱させつつ、基準
電圧発生器１６が発生させる基準電圧Ｖｋ１を最大値か
ら徐々に下降させていく。そして、コンパレータ出力Ｃ
１にＬＯＷレベルが発生した時点で、基準電圧Ｖｋ１の
下降動作を停止する。このときの閾値信号Ｖｓ１のレベ
ルが最大感度レベルとなる。そして、最大感度レベルか
ら動作マージンだけ基準電圧Ｖｋ１を上昇させることで
閾値信号Ｖｓ１のレベル設定が終了する。

【００２４】第２実施例この霜センサ２０は、加熱手段と感熱手段とをサーミス
タで兼務させたことに特徴がある。すなわち、この霜セ
ンサ２０は、図４に示すように、アルミナ基板等のベー
ス基板２１上に加熱手段と感熱手段とを兼務するサーミ
スタ２２を設けている。サーミスタ２２はベース基板２
１表面の中央部に形成されており、ベース基板２２の表
面の端部に設けられた接続電極２３に接続されている。
また、サーミスタ２２は図示はしないが保護膜によって
覆われている。一方、ベース基板２１の裏面には取付脚
２４が設けられている。サーミスタ２２はペースト印刷
法によりベース基板２１上に形成されている。そして、
サーミスタ４は、霜の大きさに比して同等程度、ないし
極端に大きくならない程度の、例えば５００μｍ×１０
００μｍの大きさとなっている。

【００２５】このように構成された霜センサ２０がエア
コンディショナの室外機を構成する冷却フィン表面等の
放熱面（吸熱面）Ａに取り付けられている。取り付けは
取付脚２４を放熱板（吸熱板）Ａを接着することにより
行われ、取り付けによってベース基板２１の裏面は放熱
板（吸熱板）に接することはない。

【００２６】次に、この霜センサ２０による霜検出動作
に用いられる検出回路３０について図５に基にして説明
する。

【００２７】検出回路３０はヒータ駆動制御用のパルス
信号Ｐ２を発生させるパルス発生器３１を備えている。
パルス信号Ｐ２はスイッチＳＷ４に入力されており、ス
イッチＳＷ４はパルス信号Ｐ２に応じてヒータ２２への
加熱用電力供給を入切制御している。また、サーミスタ
２２には、スイッチＳＷ４と並列にスイッチＳＷ５が接
続されており、このスイッチＳＷ５はパルス信号Ｐ２の
反転信号Ｐ２’によって入切制御されている。また、パ
ルス信号Ｐ２の立ち下がりは立ち下がり検出器３２によ
って検出されている。

【００２８】一方、サーミスタ２２にはスイッチＳＷ５
を介して定電流源３３から定電流ｉ２が入力されてお
り、これによってサーミスタ２２からは電圧信号Ｖｒ２
が出力される。電圧信号Ｖｒ２はファンクション３４に
よって後段の信号処理に適したファンクション信号Ｖｆ
２に作り変えられるようになっている。ファンクション
３４の出力側はスイッチＳＷ６，ＳＷ７を介してラッチ
回路３５とコンパレータ３８とに並列に接続されてい
る。電圧信号Ｖｆ２の出力はスイッチＳＷ６，ＳＷ７に
よって制御されている。スイッチＳＷ６，ＳＷ７は立ち
下がり検出器３２が出力する立ち下がり検出信号ＳＵ２
を基にして入切制御される。

【００２９】ラッチ回路３５の出力電圧であるラッチ電
圧Ｖｍ２は、減算器３７において基準電圧Ｖｋ２が減算
されて第１閾値信号Ｖｓ２となってコンパレータ３８に
入力されている。基準電圧Ｖｋ２は基準電圧発生器３６
で電圧値可変に作成される。

【００３０】コンパレータ３８の出力Ｃ２は積分器３９
によって積分されたのち、コンパレータ４０に入力され
る。コンパレータ４０では、入力された積分器出力Ｓ１
を基準電発生器４１で作成した第２閾値信号Ｖｓ３と比
較している。

【００３１】なお、スイッチＳＷ４〜ＳＷ７は半導体型
スイッチでも機械式スイッチからでも構成することがで
きる。また、立ち下がり検出器３２は例えばマルチバイ
ブレータから構成することができる。さらには、ラッチ
回路３５はアナログメモリから構成できるほか、ファン
クション信号Ｖｆ２をＡ／Ｄ変換するのであれはデジタ
ルメモリから構成できる。

【００３２】次に、この検出回路３０を用いた霜センサ
１の霜検出動作を図６のタイミングチャートを基にして
説明する。

【００３３】パルス発生器３１によって周期ｆ（数十秒
程度）で作成されたパルス信号Ｐ２〈図６（ａ）参照〉
のＨＩＧＨ期間のみスイッチＳＷ４が入操作されて、サ
ーミスタ２２に加熱用電力が供給される。加熱用電力を
供給されたサーミスタ２２はヒータとして作用してパル
ス信号Ｐ２がＬＯＷに変わるまで自己の温度を上昇させ
る。

【００３４】パルス信号Ｐ２がＬＯＷに変わるとスイッ
チＳＷ４は切操作されてサーミスタ２２の加熱用通電は
ストップする。一方、パルス信号Ｐ２の反転信号Ｐ２’
はＨＩＧＨになるので、スイッチＳＷ５は入操作され、
サーミスタ２２には定電流源３３から定電流ｉ２が流れ
込んで電圧信号Ｖｒ２を発生させる。発生した電圧信号
Ｖｒ２はファンクション３４に入力される。

【００３５】加熱動作が停止したまま電圧信号Ｖｒ２を
発生させているサーミスタ２２は、自然冷却によって温
度が徐々に下降していく。そのためサーミスタ２２の抵
抗値が上昇して電圧信号Ｖｒ２の大きさが大きくなって
いき、ファンクション３４が出力するファンクション信
号Ｖｆ２の値はピーク値から徐々に下降する。〈図６
（ｃ）,（ｆ）参照〉。

【００３６】ファンクション信号Ｖｆ２の出力はスイッ
チＳＷ６，ＳＷ７によって制御されている。スイッチＳ
Ｗ７は立ち下がり検出器３２が出力する立ち下がり検出
信号ＳＵのＨＩＧＨ期間ｔ３〈図６（ｂ）参照〉のみ入
操作するので、ラッチ回路３５には、ファンクション信
号Ｖｆ２の立ち下がり初動時の電圧信号Ｖｆ２ｓが入力
されて記憶される。ラッチ回路３５が記憶した電圧信号
Ｖｓ２ｆは、減算器３７で基準電圧Ｖｋ２が減算されて
第１閾値信号Ｖｓ２となってコンパレータ３８に入力さ
れる。このように形成される第１閾値信号Ｖｓ２とは、
ファンクション信号Ｖｆ２の最高電圧レベルから基準電
圧Ｖｋ２レベルを減算したものとなる。

【００３７】一方、ファンクション信号Ｖｆ２はスイッ
チＳＷ６を介してコンパレータ３８に入力される。スイ
ッチＳＷ６は立ち下がり信号ＳＵ２の反転信号ＳＵ２’
によって入切制御されており、反転信号ＳＵ２’のＨＩ
ＧＨ期間（立ち下がり信号ＳＵ２のＬＯＷ期間ｔ４〈図
６（ｂ）参照〉と同期間）の間、ファンクション信号Ｖ
ｆ２をコンパレータ３８に入力している。つまり、スイ
ッチＳＷ６は、ファンクション信号Ｖｆ２の立ち下がり
初動期間ｔ３を除いたほとんどすべての期間のファンク
ション信号Ｖｆ２をコンパレータ３８に入力させてい
る。

【００３８】そして、入力されたファンクション信号Ｖ
ｆ２はコンパレータ３８において、第１閾値信号Ｖｓ２
と比較され、次のようにしてサーミスタ２２に霜が付着
しているか否かが判定される。

【００３９】すなわち、サーミスタ２２に霜が付着して
いない場合は、サーミスタ２２の上方に空気の対流層が
存在することになり、ｔ４時間中にもサーミスタ２２の
温度上昇が少なく、またその後サーミスタ２２の自己発
熱は少々あるけれども、対流層によって放熱されるの
で、サーミスタ２２の温度は急速に低下していき、図６
（ｃ）に示すように、第１閾値信号Ｖｓ２のレベル以下
になるのに、比較的短時間である期間ｔ５を要する。

【００４０】したがって、コンパレータ３８の出力Ｃ２
はＨＩＧＨとなる期間も期間ｔ５と短くなる〈図６
（ｄ）参照〉ので、コンパレータ出力Ｃ２が入力される
積分器３９では、期間ｔ５に応じた電圧値を有する積分
器出力Ｓ１を出力する。この積分器出力Ｓ１はコンパレ
ータ４０において、第２基準電圧Ｖｓ３と比較される。
サーミスタ２２に霜が付着していない場合では、図６
（ｅ）に示すように、積分器出力Ｓ１は第２閾値信号Ｖ
ｓ３を越えることがなく、コンパレータ４０の出力Ｃ３
（図６では図示省略している）はＬＯＷの状態を維持す
る。したがって、コンパレータ出力Ｃ３を測定すること
でサーミスタ２２に霜が付着していないと判断される。

【００４１】一方、サーミスタ２２に霜が付着している
場合は、第１の実施例で説明したごとく、サーミスタ２
２は対流しない空気層によって覆われて、構造上放熱し
にくくなっている。そのため、サーミスタ２２の温度は
ｔ４時間中にかなり温度上昇を起こし、その後も急激に
下降せずに徐々に下降していき、ファンクション信号Ｖ
ｆ２が第１閾値信号Ｖｓ２以下まで下降するのに比較的
長時間である期間ｔ６を要することになる〈図６（ｆ）
参照〉。したがって、コンパレータ３８の出力Ｃ２はＨ
ＩＧＨとなる期間も期間ｔ６と長くなり〈図６（ｇ）参
照〉、コンパレータ出力Ｃ２が入力される積分器３９で
は、期間ｔ６に応じた電圧値を有する積分器出力Ｓ１を
出力する。この積分器出力Ｓ１はコンパレータ４０にお
いて、第２閾値信号Ｖｓ３と比較される。サーミスタ２
２に霜が付着している場合では、図６（ｈ）に示すよう
に、積分器出力Ｓ１は第２閾値信号Ｖｓ３のレベルを越
えるので、コンパレータ４０の出力Ｃ３（図６では図示
省略している）はＨＩＧＨになるので、コンパレータ出
力Ｃ３を測定することでサーミスタ２２に霜が付着して
いると判断される。

【００４２】なお、ラッチ回路３５はパルス信号Ｐ２の
反転信号Ｐ２’に同期してクリアされ、コンパレータ３
８、積分器３９，およびコンパレータ４０は、パルス信
号Ｐ２に同期しててクリアされるようになっている。

【００４３】ところで、この検出回路３０において、検
出感度を調整するには、上述した第１実施例と同様、閾
値信号Ｖｓ２，Ｖｓ３のレベルを調整することで行え
る。

【００４４】また、上述した各実施例では、サーミスタ
４，２２を定電流源１３，３３によって測定駆動してい
たが、定電流源１３，３３に代えて、図７に示すような
検出抵抗４１を備えた定電圧源４０としてもよい。

【００４５】さらには、上述した各実施例では、調整感
度を閾値信号Ｖｓ１，Ｖｓ２，Ｖｓ３のレベルを調整す
ることで行っていたが、パルス信号Ｐ１，Ｐ２の周期ｆ
を調整してサーミスタ４の昇温期間やサーミスタ２２の
冷却期間を変動させることで感度を調整してもよい。

【００４６】さらにまた、上記した各実施例では、霜セ
ンサにおいて本発明を実施していたが、本発明は霜セン
サに限るものではなく、熱伝導度の検出器であれば実施
できるのはいうまでもない。

【００４７】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ベース基
板を所定位置に取り付けるだけで熱伝導度検出器の取り
付けが行えるようになり、その取り付けを簡単に行える
ようになった。また、ベース基板に加熱手段と感熱手段
とを併設することで熱伝導度検出器を構成しているの
で、その構成が簡単になって、その分、コストダウンと
小型化とが図れた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る霜センサの平面と正
面をそれぞれ示した図である。

【図２】第１実施例の霜センサに用いられる検出回路の
回路構成図である。

【図３】第１実施例の霜センサの検出動作を示すタイミ
ングチャートである。

【図４】本発明の第２実施例に係る霜センサの平面図で
ある。

【図５】第２実施例の霜センサに用いられる検出回路の
回路構成図である。

【図６】第２実施例の霜センサの検出動作を示すタイミ
ングチャートである。

【図７】変形例を示す部分回路図である。

【図８】従来例の構成を示す斜視図である。

【符号の説明】

２ベース基板３ヒータ４サーミスタ２１ベース基板２２サーミスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ベース基板上に加熱手段と感熱手段とを
設けたことを特徴とする熱伝導度検出器。