JPH1172457A - 抵抗体センサを要素とするセンサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱伝導性による温度変化から湿度等の熱伝導
パラメータを求めるセンサで、低，高温定電流パルス駆
動による従来回路の煩雑さ、精度を改良し、測定時間の
短縮化，環境条件の緩和、センサバラツキの補償、低消
費電力化を目的とするセンサ回路の提供。 【解決手段】 抵抗体センサＲ_Sを負帰還抵抗とする第
１演算増幅器Ａ₁の負端子に抵抗Ｒ₁を介し基準電圧Ｖre
fが入力され、出力Ｖ₁をスイッチＳ₃で選択し周囲温度
測定出力とする第１モードと、Ａ₁とＲ₂を正帰還抵抗と
する第２演算増幅器Ａ₂の間に所定高温でのＲ_Sと等価の
基準抵抗を作る抵抗可変手段ＶＲ_Xを接続し、Ａ₂出力を
Ｒ₂と等しいＲ₁を介しＡ₁へ負帰還し、Ａ₁，Ａ₂の負端
子を接地し、熱伝導性と関連するＶ₃を出力とする第２
モードを行う。各モードの出力から周囲温度，熱伝導パ
ラメータの演算を行うＣＰＵは、関連データ処理、回路
設定処理、メモリ操作も行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、抵抗体によるセン
サに関し、より詳細には、測定雰囲気中に置かれた抵抗
体センサにより周囲温度をその温度におけるセンサの抵
抗値から直接求め、また、抵抗体センサを周囲温度と平
衡状態を保つ一定の高温度に加熱したときの電力及び以
前に求めた周囲温度とから測定雰囲気の熱伝導性（湿
度，流速等）に応じて変化する熱変移を得て、周囲温度
の影響を受けることなく雰囲気の熱伝導性を求めること
ができるセンサ技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】混合気体を構成する所定の気体濃度は、
該気体の分子量に応じて変化する熱伝導率の差から求め
ることができる。熱伝導性を利用した湿度計は、この原
理に基づいてなされたもので、定電流又は定電圧で加熱
された抵抗体から放熱される放熱量の湿度差によって生
ずる抵抗体の抵抗値変化量から湿度を求めている。ま
た、熱伝導性を利用した気体流速計は、定電流又は定電
圧で加熱された抵抗体の温度が加熱電力による発熱量と
流体流れによる放熱量とつり合う温度となることを利用
したもので、流体の比熱，密度が知られていると、流体
の流速を求めることができる。これらの熱伝導性を利用
した湿度計や流速計は、電力加熱された抵抗体の温度変
化による抵抗値の変化から雰囲気の湿度や流速を求める
ものであるから、雰囲気温度の補正が必要である。この
ため、湿度計や流速計においては、湿度や流体流れ等に
よる熱伝導性の影響を検出する抵抗体の他に、周囲温度
検出用の抵抗体を備えている。

【０００３】この方式では、周囲温度検出用抵抗と熱伝
導性検出用抵抗とは同じ一定条件で加熱される。しか
し、両抵抗間の特性の違いは避け難く、誤差の原因とな
り、また、周囲温度検出用抵抗は、外気と遮断されてい
るので、外気と接触している熱伝導性検出用抵抗とは熱
応答差があり、高い応答性が要求される計測対象の場合
は、検出誤差が生ずるという問題があった。この問題を
解決するために、本出願人は、先に、一個の抵抗体を用
いて、これを低温と高温の２段の温度で加熱する方式を
提案した。

【０００４】その１つは、抵抗体を低電力で加熱したと
きの低温抵抗体は、雰囲気の湿度や流速影響を殆ど受け
ない抵抗特性を有し、高電力加熱して高温となった高温
抵抗体は、雰囲気の湿度や流速影響を受けることを利用
したものである。具体的には、例えば、湿度センサの場
合、抵抗体のセンサを切換スイッチで切り換えた４mAの
定電流パルスで駆動してセンサ両端の低温検出電圧Ｖｓ
を求める。しかし、低温検出電圧Ｖｓは周囲温度に正し
く比例した値ではないため、周囲温度Ｔａと対応するよ
うに補正係数Ｋを乗算して乗算値ＫＶｓをホールドして
おく。次に、８mAの定電流パルスを印加して高温検出電
圧Ｖｐを求めて（Ｖｐ−ＫＶｓ）＝Ｖを演算して湿度を
求めている。このように、一個の抵抗体のセンサを用い
てセンサを低温で加熱して周囲温度を求める従来の方式
では、補正係数Ｋを乗算して周囲温度Ｔａに対応する電
圧を求めている。このために、補正係数回路を必要と
し、回路構成が煩雑となり、精度が上がらない。

【０００５】また、もう一つの低温，高温で加熱する方
式は、それぞれの温度における参照抵抗を用意し、セン
サ抵抗を参照抵抗と等価な値に熱的に制御するという方
法をとっており、周囲温度の影響を高精度にキャンセル
し、測定すべき熱伝導性（熱伝導パラメータ）のみに依
存する出力を得ることができるが次の問題点を持ってい
る。

【０００６】１．抵抗体センサは特性のバラツキがあ
り、これが誤差の原因となる。 ２．低温度条件における測定に際し、センサ抵抗を参照
抵抗値へ制御するための制御動作を必要とするため、測
定に時間がかかる。 ３．低温度条件での測定に際し、消費電流を減らすため
にはセンサ抵抗をより低温度の条件で制御すればよい
が、この場合、制御した温度以上の環境温度では測定で
きない。即ち、温度を測定する時の電流を削減すること
は困難である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、こうした従
来技術における問題点に鑑みてなされたもので、熱伝導
特性に応じて起きる放熱による温度変化から周囲温度に
影響されない湿度，流速等の熱伝導パラメータを求める
センサ技術において、従来の低温，高温いずれも定電流
パルス駆動したことによる回路構成の煩雑さや、精度の
不充分さを改良し、より簡単な手順及び回路構成で精度
を向上させ、また、従来における低温，高温いずれも熱
的制御を行って参照抵抗値に制御したことにより長期化
した測定時間を短縮化し、測定環境における条件（低温
における参照条件）を緩和し、センサのバラツキがあっ
ても周囲温度の影響を高精度にキャンセルし測定すべき
量のみに依存する出力を高速かつ低消費電力で得ること
ができることを目的とするセンサ回路を提供することを
その目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、抵抗
体センサへ所定の電圧又は電流を印加する動作モード及
び該抵抗体センサへの印加電力を制御する動作モードの
２つの動作モードで該抵抗体センサを動作させ、各動作
モードにおける抵抗体センサの動作状態を検出し、該検
出量に影響する抵抗体センサの雰囲気における２つのパ
ラメータをセンシングする抵抗体センサを要素とするセ
ンサ回路において、前記抵抗体センサを負帰還抵抗とし
て有する第１の演算増幅器と第１の定抵抗を正帰還抵抗
として有する第２の演算増幅器との間に所定温度での前
記抵抗体センサのｎ倍の抵抗値をもつ基準抵抗を縦続接
続し、前記第２の演算増幅器の出力を前記第１の定抵抗
の（１／ｎ）倍の抵抗値をもつ第２の定抵抗を介して前
記第１の演算増幅器へ負帰還し、前記第１の演算増幅器
の正入力端子及び前記第２の演算増幅器の負入力端子を
接地し、基準電源を断続可能とする第１のスイッチを介
して前記第１の演算増幅器の入力端に接続し、前記第１
の演算増幅器と前記第２の演算増幅器のいずれかの出力
を回路出力として選択する手段、及び、前記第２の演算
増幅器の出力を開放可能とする第２のスイッチを設けて
なるものである。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の抵抗体
センサを要素とするセンサ回路において、前記選択スイ
ッチにより選択される出力を増幅する第３の演算増幅器
を設け、前記第１のスイッチを介して入力される前記基
準電源と、前記第２のスイッチを開放した状態の第１の
動作モードにおける動作／非動作時の前記第１の演算増
幅器の出力と、を前記選択スイッチにより選択して前記
第３の演算増幅器に入力させるものである。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
抵抗体センサを要素とするセンサ回路において、前記基
準抵抗，前記第１の定抵抗及び前記第２の定抵抗の少な
くとも１の抵抗として、所定値の抵抗と該所定値の抵抗
に印加する電圧を可変の設定値に基づき制御する制御回
路とを回路要素とし、該可変の設定値に従い該所定値の
抵抗に対し比例関係にある抵抗値を生成する抵抗可変手
段を用いるものである。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１または３のい
ずれか１記載の抵抗体センサを要素とするセンサ回路に
おいて、さらに、前記第１，第２及び第３の演算増幅器
による回路出力が入力されるＣＰＵと、該ＣＰＵに接続
された記憶手段を備え、該記憶手段は、抵抗体センサ固
有の定数，前記２つの動作モードにおける演算条件を設
定するデータ及び前記各回路出力を記憶し、前記ＣＰＵ
は、前記第１，第２及び第３の演算増幅器による回路出
力及び前記記憶手段に記憶されたデータにもとづき、前
記抵抗可変手段に可変の設定値を設定し、また、センシ
ングすべき前記パラメータを演算するものである。

【００１２】請求項５の発明は、請求項４記載の抵抗体
センサを要素とするセンサ回路において、前記記憶手段
として抵抗体センサに関連する前記固有の定数及び演算
条件等のデータを記憶した不揮発性メモリを用意するも
のである。

【００１３】請求項６の発明は、請求項５記載の抵抗体
センサを要素とするセンサ回路において、前記不揮発性
メモリを抵抗体センサと一体にユニット化し、回路へ着
脱可能とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】まず、本発明の抵抗体センサを要
素とするセンサ回路が目的とする熱伝導パラメータのセ
ンシングについて、その原理を説明する。このセンシン
グ方法は大きく分けると、次の（１），（２）の手順に
より実行される。 （１）抵抗体に流れるセンサ電流が微少なときは、熱伝
導パラメータ（例えば、湿度）に対する感度がないの
で、この条件で周囲温度と等しい状態にある抵抗体の温
度Ｔａを抵抗値Ｒａとして求め、周囲温度とする。抵抗
値と周囲温度の関係として、例えば、 Ｒａ＝Ｒ₀（１＋α・Ｔａ＋β・Ｔａ²） が成り立ち（この関係式は白金または白金薄膜よりなる
センサにおける式で、必要に応じて３乗項以降を用いる
こともできる）、初期抵抗Ｒ₀，係数α，係数β（いず
れもセンサ固有の定数）をあらかじめ知り、センサ抵抗
Ｒａを実測することにより周囲温度Ｔａを求める。 （２）センサ温度が高温時には、熱伝導パラメータに対
する感度が発生して、 Ｔ_H＝Ｒａ＋Ｐ_H・θ_H±Ｘ が成り立つ。Ｘは測定すべき熱伝導パラメータに直接影
響される量（熱変移温度）である。電力・温度変換係数
θ_Hをあらかじめ知り、センサ温度が高温Ｔ_Hになるよう
に制御したときの電力Ｐ_Hを実測し、先に求めた周囲温
度Ｔａと併せてＸを求め、このＸにより測定すべき熱伝
導パラメータを得る。

【００１５】また、上記手順の実行に際し、精度を保証
するために抵抗体センサ固有の特性等を考慮する必要が
ある。それは、上記手順（１）では定数Ｒ₀，α，β、
上記手順（２）では定数θ_H，設定される高温度Ｔ_Hにあ
たる定数をセンサ抵抗のバラツキに応じた可変値として
与えることで解決しようとするもので、これをセンサ回
路の要素として手段化することが必要となる。

【００１６】上記した原理に従う手順を実行するための
本発明によるセンサ回路の実施形態を添付図にもとづき
以下に説明する。図１は、本発明によるセンサ回路の一
実施例についてその全体の概要を一部ブロックにて示す
図である。図１に示すセンサ回路は、上記した手順
（１）を実行するための回路部分と手順（２）を実行す
るための回路部分とで全体回路を構成し、回路に設けた
スイッチを操作することにより、手順（１）を行う第１
の動作モード，手順（２）を行う第２の動作モードで抵
抗体センサを駆動し、それぞれの回路出力を得る。図１
において、Ｒ_Sは抵抗体センサ、ＶＲ_Xは基準抵抗を生成
する抵抗可変手段で、ここでは、所定の高温度における
抵抗体センサの抵抗値Ｒ_Sと等しい抵抗値Ｒ_VXをもつも
のとする。また、Ｒ₁，Ｒ₂は、ここでは、いずれも等し
い値をもつ定抵抗とする。Ａ₁，Ａ₂は第１及び第２演算
増幅器である。Ｓ₁，Ｓ₂は開閉状態の動作位置をとるス
イッチ、Ｓ₃は異なる回路出力点のいずれか一方からの
出力をとる選択スイッチである。そして、Ｖrefは、ス
イッチＳ₁を介して入力される基準電圧である。

【００１７】本センサ回路は、抵抗体センサＲ_Sを負帰
還抵抗として有する第１演算増幅器の負入力端子に接続
される定抵抗Ｒ₁を介し基準電圧Ｖrefが入力され、第１
演算増幅器の出力Ｖ₁を選択スイッチＳ₃により選択し回
路出力とする第１の動作モードを行う回路、及び、抵抗
体センサＲ_Sを負帰還抵抗として有する第１演算増幅器
Ａ₁と定抵抗Ｒ₂を正帰還抵抗として有する第２の演算増
幅器Ａ₂との間に所定高温度での抵抗体センサＲ_Sと等し
い抵抗値をもつ基準抵抗ＶＲ_Xを縦続接続し、第２の演
算増幅器Ａ₂の出力を定抵抗Ｒ₂と等しい抵抗値をもつ定
抵抗Ｒ₁を介して第１の演算増幅器Ａ₁へ負帰還し、第１
の演算増幅器Ａ₁の正入力端子及び第２の演算増幅器Ａ₂
の負入力端子を接地してなり、Ｖ₃を出力として検出す
る第２の動作モードを行う回路を構成する。また、第１
及び第２の動作モードによる回路出力は、Ａ／Ｄ変換器
ＣＶを介してＣＰＵに入力され、得ようとする２つの測
定変量（周囲温度，雰囲気の熱伝導パラメータ）の演算
がなされる。ＣＰＵは、この演算のために必要なデータ
の処理、さらに、回路設定の処理を行うとともに、メモ
リＭＲのデータ操作を行う。

【００１８】このセンサ回路の基本的動作を説明する。 （１）第１の動作モード（周囲温度Ｔａの測定） まず、スイッチＳ₁をＯＮ、Ｓ₂をＯＦＦ、選択スイッチ
Ｓ₃をｂ側とすると、Ｖrefを入力とし、Ｖ₁を出力とす
る第１の演算増幅器Ａ₁部分のみ動作状態となる。ここ
で、定抵抗Ｒ₁を流れるｉ₁は、

【００１９】

【数１】

【００２０】となり、センサＲ_SにＶrefとＲ₁の設定で
決まる一定の電流を供給する。Ｖrefは十分小さく選ば
れており、この電流での抵抗体センサＲ_Sの自己発熱は
ないという条件で動作させる。この時、センサ抵抗は、

【００２１】

【数２】

【００２２】であり、検出値Ｖ₁からＲ_Sが求まる。ここ
に、求めた抵抗体センサＲ_Sの抵抗値と温度との関係
は、例えば、白金又は白金薄膜の抵抗体よりなるセンサ
においては、 Ｒ_S＝Ｒ₀（１＋α・Ｔａ＋β・Ｔａ²） の関係があり、初期抵抗Ｒ₀及び抵抗温度係数α，βは
予め与えられているので、演算により周囲温度Ｔａが求
まる。なお、この抵抗値と温度との関係式は必要に応じ
３乗項以降を含む関係式を用いることもできる。

【００２３】（２）第２の動作モード（熱変移温度：Ｘ
の測定） まず、スイッチＳ₁をＯＦＦ、Ｓ₂をＯＮ、選択スイッチ
Ｓ₄をａ側とすると、Ｖrefが切られ、第１及び第２の演
算増幅器Ａ₁，Ａ₂が動作状態になる。

【００２４】第１の演算増幅器Ａ₁によりＶ₃（回路出
力）を（−Ｒ_S／Ｒ₁）倍してＶ₁が得られる。第１の演
算増幅器Ａ₁の出力端（電位Ｖ₁）と第２の演算増幅器Ａ
₂の出力端（電位Ｖ₃）間電圧を基準抵抗Ｒ_VXとＲ₂で分
割し、第２の演算増幅器の入力端の電位Ｖ₂が０Ｖか否
かを第２の演算増幅器Ａ₂が判別するという動作を行
う。ここに、Ｖ₃を正だとすると Ｒ_X＞Ｒ_SならばＶ₂＞０ Ｒ_X＜Ｒ_SならばＶ₂＜０ となる。そして、ダイオードＤによりＶ₃は負になり得
ないから、Ｖ₂＞０だと第２の演算増幅器Ａ₂出力は正の
電圧を出力し、それによりｉ₁が増加し、Ｒ_Sが発熱す
る。発熱により高温なると、抵抗温度係数が正の場合に
Ｒ_Sは大きくなる。こうしてＲ_Sが大きくなり、Ｒ_S＜Ｒ_X
からＲ_S＝Ｒ_Xに近づくことになり、そのバランス点はＶ
₂＝０，Ｒ_S＝Ｒ_Xとなり、センサ温度は一定に制御され
る。実際の測定は、Ｒ_Xを高温Ｔ_Hに設定し、Ｒ_S＝Ｒ_Xと
なって高温Ｔ_Hでバランスしている時、センサパワーは
ｉ₁ ²・Ｒ_Sである。ｉ₁＝Ｖ₃／Ｒ₁だから、Ｒ₁を高精度
抵抗にしておき、Ｖ₃を正確に測れば、パワーは正確に
求められる。こうして求められたパワーＰ_Hは、第１の
動作モードで求めたＴａとともに、上記した式Ｘ＝Ｔ_H
−Ｐ_H・θ_H−Ｔａにもとづいて、熱変移温度Ｘを得るた
めに用いられる。

【００２５】次に、上記した第１の動作モードを実行す
る定電流回路部の性能を上げるために付加する回路の実
施例について説明する。第１の動作モードにおいて、抵
抗体センサの発熱は必要がないので、電力は小さくて良
く、低消費負荷化及び高速化の点から供給電流は微小で
あるほど望ましいが、供給電流を小さくすると出力信号
が小さくなるため、高精度に測定するためには回路が高
価，複雑になる。また、上記実施例では、定電流を供給
するようにしており、そのためには基準電圧Ｖrefが必
要となり、高精度に測定するためにはＶrefを作成する
回路が高価となる。図２は、本発明によるセンサ回路の
実施例で、微少動作電流による第１の動作モードに関す
る回路部分を示す図で、図１における回路出力端に本実
施例の第３の演算増幅器Ａ₃を接続したものである（な
お、図２において、第２の動作モードに関する回路部分
の一部が省略されている）。

【００２６】図２に示すように、第１の演算増幅器Ａ₁
の出力と基準電源Ｖrefのいずれかを選択スイッチＳ₃′
により選択した後に第３の演算増幅器Ａ₃を接続してい
る。微少電流でセンサ抵抗Ｒ_Sを測定する動作であり、
出力信号レベルが非常に小さいので、第３の演算増幅器
Ａ₃で増幅する。この回路の動作は、スイッチＳ₁を開と
閉の状態で選択スイッチＳ₃′で出力を選択し、Ｖ₁′の
出力を検出することにより、実際の測定動作と回路のチ
ェック動作を行う。具体的には、スイッチＳ₁をＯＦＦ
で選択スイッチＳ₃′をｂ′側のときの出力Ｖ₁′ｏ、ス
イッチＳ₁をＯＮで選択スイッチＳ₃′をａ′側のときの
出力Ｖ₁′ｒ、スイッチＳ₁をＯＮで選択スイッチＳ₃′
をｂ′側のときの出力Ｖ₁′ｓを検出する。 これらの
検出値から求めるセンサ抵抗値：Ｒ_Sは、

【００２７】

【数３】

【００２８】として実測できる。上記式が示すように、
第１の演算増幅器Ａ₁，第３の演算増幅器Ａ₃のオフセッ
ト電圧や第３の演算増幅器Ａ₃の増幅率及び電源電圧Ｖr
efは、キャンセルされる。こうして、電源電圧Ｖrefに
影響されない測定法によるため、高精度な基準電圧を必
要としない。また、抵抗Ｒ₁以外は、高精度な部品を使
用しなくてもよいことから、容易かつ安価に高精度が実
現できる。

【００２９】次に、上記した第２の動作モード（熱変移
温度Ｘの測定）における高温Ｔ_Hで回路を制御動作させ
るための抵抗可変手段（図１の実施例では基準抵抗Ｒ_X
を抵抗可変手段で設定するとしている）について、その
実施例を示す。ここでも、図１に示す基準抵抗Ｒ_Xを可
変に設定する例で説明すると、このセンサ回路の実施例
に用いる基準抵抗Ｒ_Xは、基本的には、設定されるＴ
_H（高温）における抵抗体センサＲ_Sに等価な値の抵抗を
用意すれば良いが、抵抗体センサのバラツキや使用条件
によって精度を出すには、調整する必要があり、そのた
めに用いる基準抵抗として多数の抵抗値をもった抵抗を
用意しその中から切り換え選択して基準抵抗を設定する
という方法をとることができる。しかしながら、この方
法は、回路構成上、大型化と精度のトレードオフの関係
が生じる。この不利益を解消する方法として図１に示す
抵抗可変手段が提供される。

【００３０】図１に示すセンサ回路において、抵抗可変
手段ＶＲ_Xは、抵抗可変信号によって任意の等価抵抗値
を生成するもので、この抵抗可変手段ＶＲ_Xを備えるこ
とにより、所定高温度に相当する基準抵抗を接続したと
同等の動作電圧、或いは電流を端子間に発生させ、最適
な回路を構成することができる。抵抗可変信号に応じ抵
抗を生成するこの抵抗可変手段ＶＲ_Xをより詳細に説明
すると、この抵抗可変手段ＶＲ_Xは、２端子間に与えら
れた電圧を任意倍した電圧が定抵抗（基準抵抗）両端に
加わるようになされ、基準抵抗に流れる電流が２端子の
少なくとも一つに流れるように構成することを基本とす
る。

【００３１】具体的には、この抵抗可変手段ＶＲ_Xは、
図３及び図４に例示するもので構成される。図３におい
て、入出力の関係（端子Ｔ₁，Ｔ₂間の電圧Ｖと端子
Ｔ₃，Ｔ₄間の電圧

【００３２】

【数４】

【００３３】）が比例関係をなし、その比例関係を設定
により任意に可変とした能動型４端子コンポーネントＡ
_r（例えば減衰率を可変としたＤ／Ａコンバータ）の帰
還抵抗を高精度の基準抵抗Ｒrefとし、もう一方の入出
力端子Ｔ₂，Ｔ₄間を短絡する（同電位にする）ことによ
り、２入力端子間に基準抵抗Ｒref（帰還抵抗）に所定
の比例係数（ＦＳ／（ＦＳ−ＤＡＴＡ））を乗じた等価
抵抗を生成するものとして構成できる。

【００３４】図４は、さらに図３の具体例を示し、図４
では能動型４端子コポーネントＡ_r部分の回路構成が具
体化されている。４端子コンポーネントは演算増幅器Ｏ
Ａ₁，ＯＡ₂の間にデジタルデータ（図３中では、ＤＡＴ
Ａに相当）によりスイッチング動作するスイッチ群Ｓ₁
〜Ｓ_nを動作させ比例係数値データ（伝達関数値）に対
応する減衰率で入力電圧の減衰を行うように抵抗Ｒ，２
Ｒを選択するものである。このようにして、比例関係の
設定を例えばデジタル値（ＤＡＴＡ）で与えることによ
り電子的動作で所望の抵抗に等価な抵抗として機能さ
せ、当該センサとしての回路動作を可能とする。こうし
た抵抗可変手段ＶＲ_Xをセンサ回路に用いることにより
精度上、さらに、抵抗体センサや測定環境条件の違いに
対しても容易に対応することができ、当該センサ回路と
して利点が多い。

【００３５】図１に示す実施例に関し、上述の説明で
は、詳細に触れなかったＣＰＵとメモリＭＲの機能につ
いて説明する。ＣＰＵの機能及びメモリＭＲが保持する
データとしては以下が必要となる。 （１）ＣＰＵは、センサ回路における第１の動作モード
の出力から周囲温度Ｔａを算出する。この場合、Ｒ_a＝
Ｒ_o（１＋α・Ｔａ＋β・Ｔａ²）にもとづく算出過程で
は、回路出力（Ｒ_a）と定数（Ｒ_o，α，β）が上記関係
式とともに必要で、これらはプログラムあるいはデータ
としてメモリＭＲに用意される。 （２）ＣＰＵは、センサ回路における第２の動作モード
の出力から熱変移温度Ｘを算出する。この場合、Ｘ＝Ｔ
_H−Ｐ_H・θ_H−Ｔａにもとづく算出過程では、回路出力
（Ｐ_H）の定数（Ｔ_H，θ_H）及び先に得た周囲温度Ｔａ
が関係式とともに必要で、これらもプログラムあるいは
データとしてメモリＭＲに用意される。また、ＣＰＵは
センサ回路のこの動作モードで必要なＲ_X（Ｔ_Hに相当す
る参照抵抗値）を抵抗体センサのバラツキに応じ抵抗可
変手段ＶＲ_Xで設定しなければならないが、このための
抵抗可変データについてもメモリＭＲに用意し、このデ
ータにより抵抗可変手段ＶＲ_Xに抵抗値Ｒ_Xの設定を行
う。 （３）ＣＰＵは、上記（２）で得た熱変移温度Ｘと熱伝
導パラメータ（例えば、湿度，流量）を関係付ける近似
曲線の各係数に従い、最終的に求める熱伝導パラメータ
を算出する。この場合にも、算出過程で必要とする近似
曲線の各係数の値をメモリＭＲに保持させる。

【００３６】ここで、上記したメモリＭＲにおけるデー
タの保持のし方についての実施例を説明する。メモリＭ
Ｒへ記憶するデータは、抵抗体センサ固有の定数や関係
式を表わすデータとして用意される必要があることか
ら、メモリＭＲとして不揮発性メモリを用いると良く、
さらに、抵抗体センサ部分を要素部品とし、これをセン
サ回路にコネクタにより接続する形式とする場合には、
この不揮発性メモリを抵抗体センサと一体化させると、
接続時に自動的に確実にそのセンサに合うデータが提供
されることになる。

【００３７】図５は、本センサ回路において、抵抗体セ
ンサと該センサに関するデータを保持する不揮発性メモ
リを一体化し、このようにして構成される要素部品をコ
ネクタで接続する形式とした実施例を示す図である。図
５において示すように、抵抗体センサＲと不揮発性メモ
リＭＲ′を一体化し、例えば、プラグ付のコネクタＮで
センサ回路ユニット（部分図として示される）のハウジ
ングＨに設けた、例えば、ソケットにプラグインさせる
ようにする。このように、不揮発性メモリＭＲ′を使用
して、メモリ内に抵抗体センサの初期抵抗値Ｒ₀，抵抗
可変手段により設定すべき抵抗値Ｒ_X，Ｘと湿度を関係
づける近似曲面の各係数、等のデータを記憶したメモリ
をセンサケーブルとともに一体構造とする。これによ
り、センサにバラツキがあっても、センサ回路ユニット
とセンサケーブルの間に互換性を保つこともできる。ま
た、不揮発性メモリに代わる記憶媒体として、ｎ個のス
イッチを使用し、そのオン・オフ状態で表現した可変デ
ータを用いてＣＰＵを動作させることも可能である。

【００３８】次に、センサ回路において、抵抗体センサ
Ｒ_Sの抵抗値を高精度に測定するための適応手段につい
て記述する。このセンサ回路では、周囲温度に応じて変
わる抵抗センサＲ_Sの変化として微少な値を扱わなけれ
ばならないが、その際、抵抗センサＲ_Sと回路本体を結
ぶリード線（ケーブル）の抵抗が無視できないことがあ
る（図５参照）。ここでは、第１の演算増幅器Ａ₁の帰
還回路に挿入された抵抗体センサＲ_Sに対して抵抗体セ
ンサＲ_Sと回路本体とを結ぶリード線の抵抗補償回路を
提示する。

【００３９】図６は、抵抗体センサＲ_Sを第１の演算増
幅器の帰還回路に挿入した抵抗体センサＲ_Sのリード線
の抵抗補償回路で、３線式を例にした場合の実施例を示
す図である。図６において、入力Ｖin（図１においては
Ｖref）は、第１の演算増幅器Ａ₁の帰還ループに挿入し
た抵抗体センサＲ_Sのリード線抵抗ｒの影響を受ずにＶo
utとして出力させるために第４の演算増幅器を設ける。
ここに、図６の回路構成によると、

【００４０】

【数５】

【００４１】となることから、ｒの影響を受けないで、
Ｒ_Sに比例した出力をとることができる。なお、ここで
は、Ｒ₅＝Ｒ₆という条件が必要であるが、ｒ≪Ｒ_Sであ
るからＲ₅＝Ｒ₆の精度はあまり厳密ではなくて良い。

【００４２】図７は、図１の本センサ回路全体を示す実
施例を基本に、上記した第１動作モードの微少電流出力
の改善を図る第３の演算増幅器Ａ₃を含む回路及び第４
の演算増幅器Ａ₄を含むリード線抵抗補償回路をさらに
備えた全体回路の実施例を示す図である。図７におい
て、個々の回路動作は先に述べた通りで、格別の説明を
要しないので、先を参照することとする。

【００４３】

【発明の効果】

請求項１に対応する効果：本発明によるセンサ回路にお
いて、スイッチの接続を選択することにより、２動作モ
ードで抵抗体センサを動作させ、その中の周囲温度を測
定する動作モードは、基準電源から微小電流を抵抗体セ
ンサに流すというシンプルな方法をとることにより、従
来、周囲温度を求める場合にも低温参照抵抗値への制御
動作を行っていたことによる応答性，回路構成の煩雑さ
や精度の不十分を改良し、より簡単な回路構成で精度を
向上させることができるようになり、また、高速で低消
費電力，測定環境としての周囲温度の制限なく、周囲温
度延いては熱伝導パラメータの測定を行うことが可能と
なる。

【００４４】請求項２に対応する効果：請求項１に対応
する効果に加えて、微小電流動作における精度改善を図
る回路を付加したことにより、第１の動作モードの微小
電流駆動で問題となる基準電源の精度や演算増幅器のオ
フセット電圧の影響のない回路構成をとることができ、
容易かつ安価な回路構成で高精度の測定が可能となる。

【００４５】請求項３に対応する効果：請求項１および
２に対応する効果に加えて、基準抵抗としてデータ入力
で制御し得る能動型４端子コンポーネントを有する抵抗
可変手段を用いることにより、設定が自由にでき、ま
た、抵抗センサのバラツキの調整も可能となり、より一
層高精度測定ができる。

【００４６】請求項４に対応する効果：請求項１および
３に対応する効果に加えて、記憶手段は、２つの動作モ
ードにおける演算条件を設定するデータ，抵抗体センサ
に固有の定数及び演算過程で得られる測定結果等を記憶
し、記憶データをＣＰＵで処理することにより、正しい
熱伝導パラメータ値を高精度に求めることができる。

【００４７】請求項５に対応する効果：請求項４に対応
する効果に加えて、記憶手段として抵抗体センサに固有
のセンサ関連データを記憶した不揮発性メモリを用意す
ることにより、センサごとに最適条件（設定温度や定
数）を設定し、測定処理を行い、センサのバラツキを調
整することも可能となる。

【００４８】請求項６に対応する効果：請求項５に対応
する効果に加えて、抵抗体センサを別部品として本体セ
ンサ回路へ組み込むという形式をとる場合に、抵抗体セ
ンサにセンサ固有の関連データを入れた不揮発性メモリ
を一体化することにより、データの消失がなく、測定処
理において確実なデータの供給を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるセンサ回路の一実施例について
その全体の概要を一部ブロックにて示す図である。

【図２】 本発明によるセンサ回路の実施例で、微少動
作電流の第１の動作モードにおける改善を図った回路部
分を示す図である。

【図３】 本発明によるセンサ回路に用いる能動型４端
子コンポーネントを有する抵抗可変手段の実施例の基本
概念図を示す。

【図４】 図３の具体例を示し、能動型４端子コンポー
ネントＡ_r部分の回路構成が具体化された図を示す。

【図５】 本発明によるセンサ回路において、抵抗体セ
ンサとセンサの関連データを保持する不揮発性メモリを
一体化した要素部品をコネクタで接続する形式とした実
施例を示す図である。

【図６】 抵抗センサを第１の演算増幅器の帰還回路に
挿入した抵抗センサのリード線の抵抗補償回路の実施例
を示す図である。

【図７】 図１のセンサ回路を基本にし、微少電流出力
の改善を図る回路及びリード線抵抗補償回路をさらに備
えた全体回路の実施例を示す図である。

【符号の説明】

Ａ₁…第１の演算増幅器、Ａ₂…第２の演算増幅器、Ａ₃
…第３の演算増幅器、Ａ₄…第４の演算増幅器、ＣＶ…
Ａ／Ｄ変換器、Ｄ…ダイオード、Ｈ…ハウジング、ＭＲ
…メモリ、ＭＲ′…不揮発性メモリ、Ｎ…コネクタ、Ｏ
Ａ₁，ＯＡ₂…演算増幅器、ｒ…リード線抵抗、Ｒ₁，
Ｒ₂，Ｒ₃，Ｒ₄，Ｒ₅，Ｒ₆…定抵抗、Ｒ_S…センサ抵抗、
Ｓ₁，Ｓ₂…スイッチ、Ｓ₃，Ｓ₃′…選択スイッチ、ＶＲ
_X…可変抵抗手段、Ｖref…基準電源。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 抵抗体センサへ所定の電圧又は電流を印
   加する動作モード及び該抵抗体センサへの印加電力を制
   御する動作モードの２つの動作モードで該抵抗体センサ
   を動作させ、各動作モードにおける抵抗体センサの動作
   状態を検出し、該検出量に影響する抵抗体センサの雰囲
   気における２つのパラメータをセンシングする抵抗体セ
   ンサを要素とするセンサ回路において、前記抵抗体セン
   サを負帰還抵抗として有する第１の演算増幅器と第１の
   定抵抗を正帰還抵抗として有する第２の演算増幅器との
   間に所定温度での前記抵抗体センサのｎ倍の抵抗値をも
   つ基準抵抗を縦続接続し、前記第２の演算増幅器の出力
   を前記第１の定抵抗の（１／ｎ）倍の抵抗値をもつ第２
   の定抵抗を介して前記第１の演算増幅器へ負帰還し、前
   記第１の演算増幅器の正入力端子及び前記第２の演算増
   幅器の負入力端子を接地し、基準電源を断続可能とする
   第１のスイッチを介して前記第１の演算増幅器の入力端
   に接続し、前記第１の演算増幅器と前記第２の演算増幅
   器のいずれかの出力を回路出力として選択する手段、及
   び、前記第２の演算増幅器の出力を開放可能とする第２
   のスイッチを設けてなることを特徴とする抵抗体センサ
   を要素とするセンサ回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載の抵抗体センサを要素とす
   るセンサ回路において、前記選択スイッチにより選択さ
   れる出力を増幅する第３の演算増幅器を設け、前記第１
   のスイッチを介して入力される前記基準電源と、前記第
   ２のスイッチを開放した状態の第１の動作モードにおけ
   る動作／非動作時の前記第１の演算増幅器の出力と、を
   前記選択スイッチにより選択して前記第３の演算増幅器
   に入力させることを特徴とする抵抗体センサを要素とす
   るセンサ回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の抵抗体センサを要
   素とするセンサ回路において、前記基準抵抗，前記第１
   の定抵抗及び前記第２の定抵抗の少なくとも１の抵抗と
   して、所定値の抵抗と該所定値の抵抗に印加する電圧を
   可変の設定値に基づき制御する制御回路とを回路要素と
   し、該可変の設定値に従い該所定値の抵抗に対し比例関
   係にある抵抗値を生成する抵抗可変手段を用いることを
   特徴とする抵抗体センサを要素とするセンサ回路。
4. 【請求項４】 請求項１または３のいずれか１記載の抵
   抗体センサを要素とするセンサ回路において、さらに、
   前記第１，第２及び第３の演算増幅器による回路出力が
   入力されるＣＰＵと、該ＣＰＵに接続された記憶手段を
   備え、該記憶手段は、抵抗体センサ固有の定数，前記２
   つの動作モードにおける演算条件を設定するデータ及び
   前記各回路出力を記憶し、前記ＣＰＵは、前記第１，第
   ２及び第３の演算増幅器による回路出力及び前記記憶手
   段に記憶されたデータにもとづき、前記抵抗可変手段に
   可変の設定値を設定し、また、センシングすべき前記パ
   ラメータを演算することを特徴とする抵抗体センサを要
   素とするセンサ回路。
5. 【請求項５】 請求項４記載の抵抗体センサを要素とす
   るセンサ回路において、前記記憶手段として抵抗体セン
   サに関連する前記固有の定数及び演算条件等のデータを
   記憶した不揮発性メモリを用意することを特徴とする抵
   抗体センサを要素とするセンサ回路。
6. 【請求項６】 請求項５記載の抵抗体センサを要素とす
   るセンサ回路において、前記不揮発性メモリを抵抗体セ
   ンサと一体にユニット化し、回路へ着脱可能とすること
   を特徴とする抵抗体センサを要素とするセンサ回路。