JPS58197523A - 温度調節装置 - Google Patents
温度調節装置Info
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- JPS58197523A JPS58197523A JP57079213A JP7921382A JPS58197523A JP S58197523 A JPS58197523 A JP S58197523A JP 57079213 A JP57079213 A JP 57079213A JP 7921382 A JP7921382 A JP 7921382A JP S58197523 A JPS58197523 A JP S58197523A
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- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
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- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/20—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature
- G05D23/24—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor
- G05D23/2401—Control of temperature characterised by the use of electric means with sensing elements having variation of electric or magnetic properties with change of temperature the sensing element having a resistance varying with temperature, e.g. a thermistor using a heating element as a sensing element
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
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- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
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- Feedback Control In General (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、例えば自動車エンジン制御用のセンサ等のよ
うに定温制御される対象の温度−節装置に関する。
うに定温制御される対象の温度−節装置に関する。
センサの検知出力に温度依存性がある場合、センサに加
熱部を設けて、センサが一定温度になるよう加熱するこ
とにより、温度によるセンサ出力の誤差を低減すること
が行なわれている。このセンサの加熱の方法の１つとし
てヒータ等の加熱部に定電圧を印加する方法があるが、
この方法は最終到達温度に達するまでの時間が非常に長
くなるので、センサを即時作動させることができなかっ
た。また、この方法はセンサの放熱状態が悪ければ温度
が高くなり過ぎ、センサの設置個所の風速が高いなどの
放熱が過ぎれば温度が低くなり過ぎるという欠点があっ
た。この欠点を解消する従来の他の方法としては、セン
サの温度を検出し、その検出に基いてセンサ温度が一定
になるよう加熱部への電力の供給を制御する定温加熱制
御方法がある。この方法は一定温度にすることができる
が、昇温のレートが高くなりすぎることがあった。とく
に、基板の片面にマイクロヒータを設け、他の片面にガ
ス検知部を設けたセンサの定温加熱制御を行なうのに、
ヒータ材と、して抵抗温度係数の高いものを用いて、ヒ
ータの抵抗から温度を検出し、独立の感温素子を省いて
温度制御を行なう技術がある。この方法によるときは温
度検出の遅れが軽減できるため、入力電力を大きくする
ことができ、温度上昇レートを高くすることができる。
熱部を設けて、センサが一定温度になるよう加熱するこ
とにより、温度によるセンサ出力の誤差を低減すること
が行なわれている。このセンサの加熱の方法の１つとし
てヒータ等の加熱部に定電圧を印加する方法があるが、
この方法は最終到達温度に達するまでの時間が非常に長
くなるので、センサを即時作動させることができなかっ
た。また、この方法はセンサの放熱状態が悪ければ温度
が高くなり過ぎ、センサの設置個所の風速が高いなどの
放熱が過ぎれば温度が低くなり過ぎるという欠点があっ
た。この欠点を解消する従来の他の方法としては、セン
サの温度を検出し、その検出に基いてセンサ温度が一定
になるよう加熱部への電力の供給を制御する定温加熱制
御方法がある。この方法は一定温度にすることができる
が、昇温のレートが高くなりすぎることがあった。とく
に、基板の片面にマイクロヒータを設け、他の片面にガ
ス検知部を設けたセンサの定温加熱制御を行なうのに、
ヒータ材と、して抵抗温度係数の高いものを用いて、ヒ
ータの抵抗から温度を検出し、独立の感温素子を省いて
温度制御を行なう技術がある。この方法によるときは温
度検出の遅れが軽減できるため、入力電力を大きくする
ことができ、温度上昇レートを高くすることができる。
しかし、上記センサの場合には昇温レートが高すぎると
、熱歪によって基板が割れたシ、ヒータやガス検知部が
劣化したりするという問題点があった。
、熱歪によって基板が割れたシ、ヒータやガス検知部が
劣化したりするという問題点があった。
本発明はこれらの問題点を解決するためになされたもの
であって、温度調節装置において、温度上昇のレートを
比較的高くして速やかに目標温度に到達できるようにす
るとともに、温度上昇のレートが高過ぎて熱歪による障
害が生ずるということがないようにすることを目的とす
るものである。
であって、温度調節装置において、温度上昇のレートを
比較的高くして速やかに目標温度に到達できるようにす
るとともに、温度上昇のレートが高過ぎて熱歪による障
害が生ずるということがないようにすることを目的とす
るものである。
本発明は、上記目的を達成するために、温度調節をすＫ
き対象、例えばセンサ、の温度を検出し、これを設定し
た目標温度を比較して、それらの温度の差によって加熱
部（ヒータ）を制御して定温制御する温度調節装置にお
いて、温度調節をすべき対象の温度上昇の速度がその対
象の温度上昇速度の許容値を越えないように抑制するた
めの温度上昇速度制限手段を設けたことを特徴とするも
のである。
き対象、例えばセンサ、の温度を検出し、これを設定し
た目標温度を比較して、それらの温度の差によって加熱
部（ヒータ）を制御して定温制御する温度調節装置にお
いて、温度調節をすべき対象の温度上昇の速度がその対
象の温度上昇速度の許容値を越えないように抑制するた
めの温度上昇速度制限手段を設けたことを特徴とするも
のである。
本発明の一実施態様によれば、前記温度上昇速度制限手
段は、温度上昇レートを検出する温度上昇レート検知手
段と、許容できる温度上昇レートを設定する温度上昇レ
ート設定手段を有しており、これにより実際の温度上昇
レートが設定した温度上昇レート以上にならないように
抑制される。
段は、温度上昇レートを検出する温度上昇レート検知手
段と、許容できる温度上昇レートを設定する温度上昇レ
ート設定手段を有しており、これにより実際の温度上昇
レートが設定した温度上昇レート以上にならないように
抑制される。
また、本発明の他の実施態様によれば、前記温度上昇速
度制限手段は、温度上昇の勾配を指定するためのランブ
レー□ト設定手段と、指定されたランプレートに従って
一定の関数を発生するランプ関数発生手段とを有してお
り、これによりヒータ加熱の初期に、ランプ関数によっ
て決まる電力に従って温度上昇速度が限定される。
度制限手段は、温度上昇の勾配を指定するためのランブ
レー□ト設定手段と、指定されたランプレートに従って
一定の関数を発生するランプ関数発生手段とを有してお
り、これによりヒータ加熱の初期に、ランプ関数によっ
て決まる電力に従って温度上昇速度が限定される。
以下、図面により詳細に説明する。
第１図は本発明の一実施例の概略を示すブロック図であ
る。センサを加熱するためのヒータ１の抵抗から温度を
検出する温度検知部２の出力と、センサの温度を設定す
る温度設定部３の出力とは第１比較部４へ供給され、こ
の第１比較部４でこれらの検出温度と設定温度が比較さ
れ、差が出される。その差は第１増幅部５で増幅されて
、最小値選択部６へ入力される。
る。センサを加熱するためのヒータ１の抵抗から温度を
検出する温度検知部２の出力と、センサの温度を設定す
る温度設定部３の出力とは第１比較部４へ供給され、こ
の第１比較部４でこれらの検出温度と設定温度が比較さ
れ、差が出される。その差は第１増幅部５で増幅されて
、最小値選択部６へ入力される。
一方、温度検出部２で検出した温度は温度上昇レート検
知部７にも入力される。この温度上昇レート検知部７は
その入力から温度上昇レートを検出して、その検出出力
を第２比較部８の一方の入力に供給する。温度上昇レー
ト設定部９には使用するセンサに許容できる温度上昇レ
ートが予め設定されており、その設定値は第２比較部８
の他方の入力に供給される。第２比較部８では、検出さ
れた温度上昇レートと設定された温度レートの２つの入
力が比較され、差が出される。その差を表わす出力は第
２増幅部１０で増幅され、最小値選択部６へ入力される
。最小値選択部６では第１増幅部５の出力と第２増幅部
１０の出力とを比較して低い方の値が選択され、選択さ
れた値に基いてヒータの加熱制御が行なわれる。
知部７にも入力される。この温度上昇レート検知部７は
その入力から温度上昇レートを検出して、その検出出力
を第２比較部８の一方の入力に供給する。温度上昇レー
ト設定部９には使用するセンサに許容できる温度上昇レ
ートが予め設定されており、その設定値は第２比較部８
の他方の入力に供給される。第２比較部８では、検出さ
れた温度上昇レートと設定された温度レートの２つの入
力が比較され、差が出される。その差を表わす出力は第
２増幅部１０で増幅され、最小値選択部６へ入力される
。最小値選択部６では第１増幅部５の出力と第２増幅部
１０の出力とを比較して低い方の値が選択され、選択さ
れた値に基いてヒータの加熱制御が行なわれる。
このように構成することにより、ヒータ加熱の初期には
温度設定部３の設定値よりも温度検知部２で検出される
実際の温度が非常に低いので、第１増幅部５の出力は大
きな値になる。この値によりヒータの加熱の制御を行な
うと温度上昇レートが高くなる。この温度上昇レートは
温度上昇レート検知部７によって検出され、第２比較部
８で温度上昇レート設定部９の設定値との差がとられる
が、ヒータ加熱の初期に前述のように温度上昇レートが
急増し、従って第２比較部８の出力は急速に零に近づく
。最小値選択部６は、第１増幅部５と第２増幅部１０の
出力の小さい方の値を選ぶので、検出した温度上昇レー
トが設定した温度上昇レートに近づくと、第２増幅部１
０の出力を選択し、温度上昇レートが設定した温度上昇
レートを越えないようにヒータの加熱を制御する。
温度設定部３の設定値よりも温度検知部２で検出される
実際の温度が非常に低いので、第１増幅部５の出力は大
きな値になる。この値によりヒータの加熱の制御を行な
うと温度上昇レートが高くなる。この温度上昇レートは
温度上昇レート検知部７によって検出され、第２比較部
８で温度上昇レート設定部９の設定値との差がとられる
が、ヒータ加熱の初期に前述のように温度上昇レートが
急増し、従って第２比較部８の出力は急速に零に近づく
。最小値選択部６は、第１増幅部５と第２増幅部１０の
出力の小さい方の値を選ぶので、検出した温度上昇レー
トが設定した温度上昇レートに近づくと、第２増幅部１
０の出力を選択し、温度上昇レートが設定した温度上昇
レートを越えないようにヒータの加熱を制御する。
このように、温度上昇レートが大きくなろうとすると抑
制されて、設定した温度上昇レート以上で温度上昇する
のを防止する。
制されて、設定した温度上昇レート以上で温度上昇する
のを防止する。
ヒータ温度が設定値に近くな、ると第１増幅部５の出力
が小さくなって、ヒータ温度の上昇が抑制されて一定の
温度に制御される。
が小さくなって、ヒータ温度の上昇が抑制されて一定の
温度に制御される。
第２図は、第１図の実施例をもう少し詳細に示すブロッ
ク図である。最小値選択部６からの出力信号（電圧又は
電流等）は電力増幅部６１に入力し、電力増幅部６１か
らの出力は電流検出部２１を経由してヒータ１の一端に
入力し、ヒータ１の他端は便宜上接地しておく。電力増
幅部６１の出力と接地間には電圧検出部２２を設ける。
ク図である。最小値選択部６からの出力信号（電圧又は
電流等）は電力増幅部６１に入力し、電力増幅部６１か
らの出力は電流検出部２１を経由してヒータ１の一端に
入力し、ヒータ１の他端は便宜上接地しておく。電力増
幅部６１の出力と接地間には電圧検出部２２を設ける。
電圧検出部２２の出力信号（電圧又は電流）と電流検出
部２１の出力信号を比演算部２３に導く。比演算部２３
の出力信号を抵抗温度変換部２４へ入力し、その出力を
第１比較部４および微分部７１へ入力する。その他の構
成は第１図と同様である。
部２１の出力信号を比演算部２３に導く。比演算部２３
の出力信号を抵抗温度変換部２４へ入力し、その出力を
第１比較部４および微分部７１へ入力する。その他の構
成は第１図と同様である。
以上のように構成された第２図の実施例の動作について
説明する。ヒータ１の抵抗はヒータ１に印加した電圧と
ヒータ１に流れる電流Ｉとの比である。従って、電圧検
出部２２で求めた電圧に対応する信号と、電流検出部２
１で求めた電流に対応する信号の比（商）を求めると、
その値がヒータの抵抗に対応する値になっている。又、
白金ｐｔ、タングステンＷ１ニツケルＮ１等の材料力ら
ナルヒータの抵抗は温度上昇に対してほぼ直線的に増加
する。従って、温度とヒータの抵抗との間には対応関係
があり、別途、感温体（熱電対や感温抵抗体）を設けな
くてもヒータの温度を知ることができる。それ故、抵抗
温度変換部２４において、ヒータ抵抗（又はそれに対応
した電圧又は電流等の信号）から温度（又はそれに対応
した電圧又は電流等の信号）に変換することができる。
説明する。ヒータ１の抵抗はヒータ１に印加した電圧と
ヒータ１に流れる電流Ｉとの比である。従って、電圧検
出部２２で求めた電圧に対応する信号と、電流検出部２
１で求めた電流に対応する信号の比（商）を求めると、
その値がヒータの抵抗に対応する値になっている。又、
白金ｐｔ、タングステンＷ１ニツケルＮ１等の材料力ら
ナルヒータの抵抗は温度上昇に対してほぼ直線的に増加
する。従って、温度とヒータの抵抗との間には対応関係
があり、別途、感温体（熱電対や感温抵抗体）を設けな
くてもヒータの温度を知ることができる。それ故、抵抗
温度変換部２４において、ヒータ抵抗（又はそれに対応
した電圧又は電流等の信号）から温度（又はそれに対応
した電圧又は電流等の信号）に変換することができる。
又、電力増幅部６１では最小値選択部６からの出力信号
（電圧又は電流等）を増幅し、ヒータ１を目的温度に加
熱するのに必要な大きさの電圧および電流等にして、ヒ
ータ】へ供給する。なお、その他の部分の作用は第１図
の回路と同じである。
（電圧又は電流等）を増幅し、ヒータ１を目的温度に加
熱するのに必要な大きさの電圧および電流等にして、ヒ
ータ】へ供給する。なお、その他の部分の作用は第１図
の回路と同じである。
第３図は、本発明の他の実施例を示すものである。第１
図および第２図に示した実施例と異なる点は温度上昇レ
ート設定部および温度上昇レート検知部等を設けるかわ
りに、ランプレート設定部１１およびランプ関数発生部
１２を設けた点である。このため、ヒータ加熱の初期の
動作としては、ランプ関数によって決まる電力（電圧又
は電流）に従って温度上昇速度が限定される。第１図お
よび第２図に示す実施例に比Ｒて第３図の実施例は簡易
に構成できるという利点がある。
図および第２図に示した実施例と異なる点は温度上昇レ
ート設定部および温度上昇レート検知部等を設けるかわ
りに、ランプレート設定部１１およびランプ関数発生部
１２を設けた点である。このため、ヒータ加熱の初期の
動作としては、ランプ関数によって決まる電力（電圧又
は電流）に従って温度上昇速度が限定される。第１図お
よび第２図に示す実施例に比Ｒて第３図の実施例は簡易
に構成できるという利点がある。
第４図は、第３図にブロック図として示された実施例の
詳細な回路例を示すもので、この実施例は５酸化ニオブ
（Ｎｂ２０５）酸素センサに適用した温度調節装置の例
である。
詳細な回路例を示すもので、この実施例は５酸化ニオブ
（Ｎｂ２０５）酸素センサに適用した温度調節装置の例
である。
同図において、ヒータを一辺とし、抵抗Ｒ，、Ｒ２。
Ｒ３および可変抵抗ＶＲ１で構成したホイートストンプ
リツノ回路はヒータｌの加熱と温度検出を兼ねる部分で
ある。可変抵抗ＶＲ，は、抵抗Ｒ，とＲ２の接続点に固
定端の一端が接続され、抵抗Ｒ３とヒータの接続点に固
定端の他端が接続され、抵抗Ｒ２とＲ３の接続点に可動
端子が接続されている。抵抗Ｒ２には抵抗ＲＩ３が並列
接続されている。そして抵抗Ｒ１とヒータ１の接続点は
演算増幅器ＯＰｌの負極側の入力部に接続され、抵抗Ｒ
２とＲ３の接続点は演算増幅器ＯＰ、の正極側の入力部
に接続されている。
リツノ回路はヒータｌの加熱と温度検出を兼ねる部分で
ある。可変抵抗ＶＲ，は、抵抗Ｒ，とＲ２の接続点に固
定端の一端が接続され、抵抗Ｒ３とヒータの接続点に固
定端の他端が接続され、抵抗Ｒ２とＲ３の接続点に可動
端子が接続されている。抵抗Ｒ２には抵抗ＲＩ３が並列
接続されている。そして抵抗Ｒ１とヒータ１の接続点は
演算増幅器ＯＰｌの負極側の入力部に接続され、抵抗Ｒ
２とＲ３の接続点は演算増幅器ＯＰ、の正極側の入力部
に接続されている。
演算増幅器ＯＰ、の出力部は抵抗Ｒ４を介して、ダイオ
ードＤＩの陽極に接続されるとともに、演算増幅器ＯＰ
ａの正極側の入力部に接続されている。ダイオードＤ１
の陰極は演算増幅器ＯＰ２の出力部に接続されている。
ードＤＩの陽極に接続されるとともに、演算増幅器ＯＰ
ａの正極側の入力部に接続されている。ダイオードＤ１
の陰極は演算増幅器ＯＰ２の出力部に接続されている。
演算増幅器ＯＰ３の出力部は、その負極側入力部へ帰還
され、また演算増幅器ＯＰ、の負極側入力およびトラン
ゾスタＴＲ１のペースへ接続される。トランジスタＴＲ
，はＮＰＮ型のパワーダーリントントランノスタであり
、そのコレクタは正電源線３０に接続され、エミッタは
抵抗Ｒ１とＲ３の接続点へ接続されている。ヒータ１と
抵抗Ｒ３の接続点は０〔■〕の線３１に接続される。
され、また演算増幅器ＯＰ、の負極側入力およびトラン
ゾスタＴＲ１のペースへ接続される。トランジスタＴＲ
，はＮＰＮ型のパワーダーリントントランノスタであり
、そのコレクタは正電源線３０に接続され、エミッタは
抵抗Ｒ１とＲ３の接続点へ接続されている。ヒータ１と
抵抗Ｒ３の接続点は０〔■〕の線３１に接続される。
抵抗Ｒ５の一端は正電源線３０へ接続され、他端は定電
圧ダイオードＺＤ、の陰極へ接続されている。
圧ダイオードＺＤ、の陰極へ接続されている。
定電圧ダイオードＺＤ＋の陽極はＯ〔ｖ〕のｌｌｌ３１
に接続され、そのダイオードＺＤｌの両端には可変抵抗
ＶＲ２が接続され、同ダイオードＺＤ、の陰極はまた抵
抗Ｒ７を経由して演算増幅器ｏｐ、の正極側の入力部へ
接続される。可変抵抗器ＶＲ２の分圧端子は抵抗Ｒ６を
経由して演算増幅器ＯＰ２の負極側の入力部へ接続され
ている。演算増幅器ＯＰ２の出力部はコンデンサ自を介
してその負極側の入力部へ接続されている。トランジス
タＴＲ，のベースと演算増幅器ｏｐ、の負極側の入力部
との間にはコンデンサＣ２が接続されている。
に接続され、そのダイオードＺＤｌの両端には可変抵抗
ＶＲ２が接続され、同ダイオードＺＤ、の陰極はまた抵
抗Ｒ７を経由して演算増幅器ｏｐ、の正極側の入力部へ
接続される。可変抵抗器ＶＲ２の分圧端子は抵抗Ｒ６を
経由して演算増幅器ＯＰ２の負極側の入力部へ接続され
ている。演算増幅器ＯＰ２の出力部はコンデンサ自を介
してその負極側の入力部へ接続されている。トランジス
タＴＲ，のベースと演算増幅器ｏｐ、の負極側の入力部
との間にはコンデンサＣ２が接続されている。
定電圧ダイオードｚＤ２の陰極は正電源線３０に、陽極
は抵抗Ｒ８の一端にそれぞれ接続され、その陽極と抵抗
Ｒ８の接続点は演算増幅器ＯＰ５の正極側入力部に接続
され、抵抗Ｒｓの他端はＱ［Ｖ）の続へ接続されている
。演算増幅器ｏＰ５の出力部に発光ダイオードＬＥＤ、
が抵抗Ｒ，を介して接続されている。
は抵抗Ｒ８の一端にそれぞれ接続され、その陽極と抵抗
Ｒ８の接続点は演算増幅器ＯＰ５の正極側入力部に接続
され、抵抗Ｒｓの他端はＱ［Ｖ）の続へ接続されている
。演算増幅器ｏＰ５の出力部に発光ダイオードＬＥＤ、
が抵抗Ｒ，を介して接続されている。
以上に説明した部分は温度調節装置の構成である。次に
酸素センサの検出回路部分の構成について説明する。
酸素センサの検出回路部分の構成について説明する。
抵抗Ｒ１０％可変抵抗ＶＲ３およびＮｂ２ｏ５センサの
抵抗ＲＩ４からなるホイートストンブリツノをｉ成し、
可変抵抗ｖＲ３と抵抗ＲＩＧの接続点は正電源線へ接続
され、可変抵抗ｖＲ３とＮｂ、２ｏ５センサの抵抗Ｒ１
４の接続点は０（Ｖ）の線へ接続されている。
抵抗ＲＩ４からなるホイートストンブリツノをｉ成し、
可変抵抗ｖＲ３と抵抗ＲＩＧの接続点は正電源線へ接続
され、可変抵抗ｖＲ３とＮｂ、２ｏ５センサの抵抗Ｒ１
４の接続点は０（Ｖ）の線へ接続されている。
可変抵抗ＶＲ３の可動片は演算増幅器ＯＰ４の正極側の
入力へ接続され、抵抗Ｒ１゜とＮｂ２ｏ５センサの抵抗
ＲＩ４の接続点は演算増幅器ｏｐ４の負極側の入力部へ
接続されている。演算増幅器ＯＰ４の出力部には、抵抗
Ｒ１１％発光ダイオードＬＥＤ、および抵抗Ｒ１２の直
列回路が接続され、発光ダイオードＬＥＤ１と抵抗Ｒ１
２の接続点は出力端子に接続される。
入力へ接続され、抵抗Ｒ１゜とＮｂ２ｏ５センサの抵抗
ＲＩ４の接続点は演算増幅器ｏｐ４の負極側の入力部へ
接続されている。演算増幅器ＯＰ４の出力部には、抵抗
Ｒ１１％発光ダイオードＬＥＤ、および抵抗Ｒ１２の直
列回路が接続され、発光ダイオードＬＥＤ１と抵抗Ｒ１
２の接続点は出力端子に接続される。
次に、以上のように構成された本発明の実施例の動作に
ついて説明する。
ついて説明する。
抵抗Ｒ，とヒータ抵抗ＲＮの分圧により温度を検出する
。この部分は第３図（および第１図、第２図）の温度検
知部に相当する。可変抵抗ｖＲＩ％抵抗ＲＩ３とＲ２の
並列接続および抵抗Ｒ，の分圧によ多目標温度を設定す
る。この部分は第３図（および第１図、第２゛図）の温
度設定部に相当する。演算増幅器ＯＰ、はこれらの温度
検知部と温度設定部に相当する部分からの電圧差を増幅
する機能を有し、第３図（および第１図、第２図）の第
１比較部と第１増幅部に相当する。抵抗Ｒ５と定電圧ダ
イオードＺＤ、の分圧によシ正電源電圧が変動した場合
においても定電圧ダイオードの両端には一定の電圧が発
生する。その一定電圧を可変抵抗ＶＲ，で分圧して、抵
抗Ｒ６へ供給する。抵抗Ｒ６を流れた電流はコンデンサ
Ｃ１を充電してランプ関数を発生する。
。この部分は第３図（および第１図、第２図）の温度検
知部に相当する。可変抵抗ｖＲＩ％抵抗ＲＩ３とＲ２の
並列接続および抵抗Ｒ，の分圧によ多目標温度を設定す
る。この部分は第３図（および第１図、第２゛図）の温
度設定部に相当する。演算増幅器ＯＰ、はこれらの温度
検知部と温度設定部に相当する部分からの電圧差を増幅
する機能を有し、第３図（および第１図、第２図）の第
１比較部と第１増幅部に相当する。抵抗Ｒ５と定電圧ダ
イオードＺＤ、の分圧によシ正電源電圧が変動した場合
においても定電圧ダイオードの両端には一定の電圧が発
生する。その一定電圧を可変抵抗ＶＲ，で分圧して、抵
抗Ｒ６へ供給する。抵抗Ｒ６を流れた電流はコンデンサ
Ｃ１を充電してランプ関数を発生する。
演算増幅器ｏｐ１の出力電圧が演算増幅器ＯＰ２の出力
電圧より大きい場合にはダイオード”Ｄ、を通して電流
が流れてダイオードＤ、の陽極の電圧を引き下げる。逆
に演算増幅器ｏｐ、の出力電圧より演算増幅器ｏｐ２の
出力電圧の方が大きい場合にはダイオードＤＩには電流
は流れず、演算増幅器ｏｐ、の出力電圧とダイオードＤ
、の陽極電圧はほぼ等しくなる。
電圧より大きい場合にはダイオード”Ｄ、を通して電流
が流れてダイオードＤ、の陽極の電圧を引き下げる。逆
に演算増幅器ｏｐ、の出力電圧より演算増幅器ｏｐ２の
出力電圧の方が大きい場合にはダイオードＤＩには電流
は流れず、演算増幅器ｏｐ、の出力電圧とダイオードＤ
、の陽極電圧はほぼ等しくなる。
演算増幅器ＯＰ３は負帰還接続であるので、その出力電
圧は正極側の入力電圧と等しくなシミ流増幅の機能を有
している。コンデンサ自、抵抗Ｒ６、可変抵抗ｖＲ２お
よび定電圧ダイオードＺＤ、からなる部分が第３図のラ
ンプレート設定部に相当する。
圧は正極側の入力電圧と等しくなシミ流増幅の機能を有
している。コンデンサ自、抵抗Ｒ６、可変抵抗ｖＲ２お
よび定電圧ダイオードＺＤ、からなる部分が第３図のラ
ンプレート設定部に相当する。
演算増幅器ＯＰ２が第３図のランプ関数発生部に相当す
る。前述のダイオードＤ、は、第１比較部・増幅部相当
の演算増幅器ｏｐ、の出力とランプ関数発生部相当の演
算増幅器ＯＰ２とを比較し、演算増幅器ＯＰ２の出力の
方が小さいときにはその演算増幅器ＯＰ２の出力を選択
するので、第３図の最小値選択部に相当する。
る。前述のダイオードＤ、は、第１比較部・増幅部相当
の演算増幅器ｏｐ、の出力とランプ関数発生部相当の演
算増幅器ＯＰ２とを比較し、演算増幅器ＯＰ２の出力の
方が小さいときにはその演算増幅器ＯＰ２の出力を選択
するので、第３図の最小値選択部に相当する。
ヒータの抵抗が正の温度係数を有するものを用いた場合
には、ヒータ電圧の上昇とヒニタ抵抗の上昇とが対応す
る。そのため、ヒータを含む部分ノフリノノ回路と演算
増幅器ＯＰ、およびｏＰ！とトランジスタＴＲ１を含む
部分で負帰還回路を構成しており、同ブリソノ回路の左
側部分の分圧比と右側部分の分圧比の差がこの回路全体
の増幅ゲインの逆数に等しくなったときに均合いが取れ
て定状状態に到る。演算増幅器のゲインは１０４〜１０
８倍程度と非常に高いから、その逆数はＩ Ｆ’〜１０
となり極めて小さく通常は無視してさしつかえない。
には、ヒータ電圧の上昇とヒニタ抵抗の上昇とが対応す
る。そのため、ヒータを含む部分ノフリノノ回路と演算
増幅器ＯＰ、およびｏＰ！とトランジスタＴＲ１を含む
部分で負帰還回路を構成しており、同ブリソノ回路の左
側部分の分圧比と右側部分の分圧比の差がこの回路全体
の増幅ゲインの逆数に等しくなったときに均合いが取れ
て定状状態に到る。演算増幅器のゲインは１０４〜１０
８倍程度と非常に高いから、その逆数はＩ Ｆ’〜１０
となり極めて小さく通常は無視してさしつかえない。
従って、この負帰還回路はヒータの抵抗がある一定の値
となるよう機能する。ヒータの抵抗と温度は特定の関係
を有するから、ヒータの抵抗が特定の一定値に制御され
ることは、温度が特定の一定の温度になることを意味す
る。このようにして温度調節機能を果たすのである。
となるよう機能する。ヒータの抵抗と温度は特定の関係
を有するから、ヒータの抵抗が特定の一定値に制御され
ることは、温度が特定の一定の温度になることを意味す
る。このようにして温度調節機能を果たすのである。
ヒータ加熱の初期には、ヒ〜り抵抗は小さいので演算増
幅器ｏｐ、の正極側入力部への大刀に比べ負極側の入力
部が小さく、従って演算増幅器ｏｐ。
幅器ｏｐ、の正極側入力部への大刀に比べ負極側の入力
部が小さく、従って演算増幅器ｏｐ。
の出力は比較的大きい。もし、演算増幅器ＯＰ２のう／
７″関数発生部がないとしたら、その大きい出力によっ
てトランジスタＴＲ，は制御され、ホイートストンプリ
ツノに大きな電流が流れ、ヒータ１は急速に加熱され、
ヒータを設けたセ／すが熱により破損される恐れがある
。しかし、ランプ関数発生部である演算増幅器ＯＰ２が
あり、ヒータ加熱の初期にはその演算増幅器ＯＰ２の出
力はコンデンサーの充電に従って徐々に大きくなるもの
である。
７″関数発生部がないとしたら、その大きい出力によっ
てトランジスタＴＲ，は制御され、ホイートストンプリ
ツノに大きな電流が流れ、ヒータ１は急速に加熱され、
ヒータを設けたセ／すが熱により破損される恐れがある
。しかし、ランプ関数発生部である演算増幅器ＯＰ２が
あり、ヒータ加熱の初期にはその演算増幅器ＯＰ２の出
力はコンデンサーの充電に従って徐々に大きくなるもの
である。
従ってヒータ加熱の初期にはダイオードＤ、が導通し、
演算増幅器ｏｐ、の出力が演算増幅器ＯＰ３を介してト
ランジスタＴＲ，を制御するので、ヒータの温度が急上
昇するのを抑制することができる。
演算増幅器ｏｐ、の出力が演算増幅器ＯＰ３を介してト
ランジスタＴＲ，を制御するので、ヒータの温度が急上
昇するのを抑制することができる。
ヒ〜り加熱電力と温度の関係は低い周波数では追従する
が、高い周波数では充分に追従することはできないから
、負帰還の関係が維持できなくなる。それで高い周波数
ではトランジスタ等の位相遅れも手伝って正帰還の関係
になって発振する場合がある。発振することは不都合で
あってその対策としてコンデンサＣ２を入れる。このコ
ンデンサＣ２は周波数が高くなる程インピーダンスが低
下して負帰還ケ゛インを上げる働きをするので発振が抑
制されて回路が安定に作動するのに寄与する。
が、高い周波数では充分に追従することはできないから
、負帰還の関係が維持できなくなる。それで高い周波数
ではトランジスタ等の位相遅れも手伝って正帰還の関係
になって発振する場合がある。発振することは不都合で
あってその対策としてコンデンサＣ２を入れる。このコ
ンデンサＣ２は周波数が高くなる程インピーダンスが低
下して負帰還ケ゛インを上げる働きをするので発振が抑
制されて回路が安定に作動するのに寄与する。
コンデンサＣ３は電源ラインの高周波におけるインピー
ダンスを下げる働きをする。電源ラインのインピーダン
スが高いと、電源ラインを通して不要な結合を生じ、往
々にして正帰還を生じて発振に到り、前記と同様の不都
合を生じる。なお、電源に高周波インピーダンスの低い
ものを用いた場合にはコンデンサＣ３を省くことができ
る場合もある。
ダンスを下げる働きをする。電源ラインのインピーダン
スが高いと、電源ラインを通して不要な結合を生じ、往
々にして正帰還を生じて発振に到り、前記と同様の不都
合を生じる。なお、電源に高周波インピーダンスの低い
ものを用いた場合にはコンデンサＣ３を省くことができ
る場合もある。
演算増幅器ＯＰ、は前記負帰還増幅器を構成している温
度調節部が正常に働いているかどうかを確認するだめの
ものである。即ち、演算増幅器ＯＰ１およびＯＦ２の出
力電圧、およびトランジスタＴＲ。
度調節部が正常に働いているかどうかを確認するだめの
ものである。即ち、演算増幅器ＯＰ１およびＯＦ２の出
力電圧、およびトランジスタＴＲ。
のエミッタ電圧が正常な動作範囲（大体、電源電圧の２
ｖ内外程度）にあれば、演算増幅器ｏｐ、の出力電圧が
電源電圧近くになり発光ダイオードＬＥＤ２が点灯して
正常であることを表示する。
ｖ内外程度）にあれば、演算増幅器ｏｐ、の出力電圧が
電源電圧近くになり発光ダイオードＬＥＤ２が点灯して
正常であることを表示する。
ヒータからの放熱電力量が増加したり、電源電圧が低下
したりして、ヒータを特定温度に維持するのに必要な電
力を供給することができなくなった場合には、定電圧ダ
イオードＺＤ２と抵抗Ｒ８の接続点の電圧よりも演算増
幅器ＯＰｍの電圧の方が高くなり、演算増幅器ＯＰ５の
出力電圧がｏ、 （Ｖ ）近くになり、発光ダイオード
ＬＥＤ２が消灯して異常を知らせる。逆に電源電圧が高
過ぎる場合にはＴＲ，の消費電力が大きくなって電力損
失が大きくなると共に発熱による温度上昇も問題になる
。それ故、発光ダイオードＬＥＤ２が点灯する最低の電
圧に電源電圧を設定すれば、温度調節の正常な作動と最
低の電圧に電源電圧を設定すれば、温度調節の正常な作
動と最低限の電力損失となり好都合である。
したりして、ヒータを特定温度に維持するのに必要な電
力を供給することができなくなった場合には、定電圧ダ
イオードＺＤ２と抵抗Ｒ８の接続点の電圧よりも演算増
幅器ＯＰｍの電圧の方が高くなり、演算増幅器ＯＰ５の
出力電圧がｏ、 （Ｖ ）近くになり、発光ダイオード
ＬＥＤ２が消灯して異常を知らせる。逆に電源電圧が高
過ぎる場合にはＴＲ，の消費電力が大きくなって電力損
失が大きくなると共に発熱による温度上昇も問題になる
。それ故、発光ダイオードＬＥＤ２が点灯する最低の電
圧に電源電圧を設定すれば、温度調節の正常な作動と最
低の電圧に電源電圧を設定すれば、温度調節の正常な作
動と最低限の電力損失となり好都合である。
酸素センサの検出回路部分の動作について説明するに、
Ｎｂ２Ｏ５センサの抵抗をＲＮとし、正電源電圧をＥ１
可変抵抗ＶＲ３の可動片の電圧を”１、抵抗ＲＩＧとＲ
Ｎの接続点の電圧をＶ２とすると、Ｖ２よりも■１の方
が大きいとき演算増幅器ｏｐ４の出力電圧はほぼ電源電
圧Ｅに近くなり、ｖｌよりｖ２の方が太きいとき演算増
幅器ｏＰ４の出方電圧は＃１ぼ０〔Ｖ〕に近くなる。抵
抗Ｒ１１とＲ１２は演算増幅器ｏｐ４の出力電圧を分圧
して小さくする働きをする。可変抵抗ＶＲ３の抵抗をＲ
ｖＲ３とする。可変抵抗ＶＲ３の可動片と接地間の抵抗
を”；Ｒ５とする。
Ｎｂ２Ｏ５センサの抵抗をＲＮとし、正電源電圧をＥ１
可変抵抗ＶＲ３の可動片の電圧を”１、抵抗ＲＩＧとＲ
Ｎの接続点の電圧をＶ２とすると、Ｖ２よりも■１の方
が大きいとき演算増幅器ｏｐ４の出力電圧はほぼ電源電
圧Ｅに近くなり、ｖｌよりｖ２の方が太きいとき演算増
幅器ｏＰ４の出方電圧は＃１ぼ０〔Ｖ〕に近くなる。抵
抗Ｒ１１とＲ１２は演算増幅器ｏｐ４の出力電圧を分圧
して小さくする働きをする。可変抵抗ＶＲ３の抵抗をＲ
ｖＲ３とする。可変抵抗ＶＲ３の可動片と接地間の抵抗
を”；Ｒ５とする。
演算増幅器ＯＰ４の出力がほぼＥになるのはＶ＋＞Ｖ２
のときであるので、 ＲｖＲ，ＲＮ ＋Ｒ１ｇ となる。
のときであるので、 ＲｖＲ，ＲＮ ＋Ｒ１ｇ となる。
Ｎｂ２Ｏ，センサの働きとしては燃料過剰状態で低抵抗
、燃料希薄状態で高抵抗になるので、抵抗Ｒ１ｏ ％
ＲＶ’Ｒ３を適当に選ぶことにより、燃料過剰状態で
Ｖｌ〉■２、燃料希薄状態でＶｌ＜Ｖａになるようにす
ることができる。そのように選べば抵抗Ｒ１２の端子電
圧ＶＲ１□は燃料過剰状態において、燃料希薄状態にお
いて、 Ｖ８１２ζ０ となる。このようにすることによシ酸素濃淡電池型の酸
素センサと同等の出力にすることができる。
、燃料希薄状態で高抵抗になるので、抵抗Ｒ１ｏ ％
ＲＶ’Ｒ３を適当に選ぶことにより、燃料過剰状態で
Ｖｌ〉■２、燃料希薄状態でＶｌ＜Ｖａになるようにす
ることができる。そのように選べば抵抗Ｒ１２の端子電
圧ＶＲ１□は燃料過剰状態において、燃料希薄状態にお
いて、 Ｖ８１２ζ０ となる。このようにすることによシ酸素濃淡電池型の酸
素センサと同等の出力にすることができる。
発光ダイオードＬＥＤ、は燃料過剰のときに点灯して表
示する。
示する。
第５図は、従来技術および本発明のヒータ加熱初期にお
けるヒータの温度上昇の特性を示す図であり、横軸は時
間を縦軸は温度を示している。
けるヒータの温度上昇の特性を示す図であり、横軸は時
間を縦軸は温度を示している。
定温加熱の制御を行なわずに定電圧印加等の方法で加熱
をした場合には第５図のｃ、ｄ、ｅ曲線の如く、最終到
達温度に達する迄の時間が非常に長くなるので、センサ
を即時作動させることができない。又、放熱状態が悪け
ればＣの如く温度が高くなり過ぎる。又、風速が高いな
どの放熱状態が良ければｅの如く温度が低くなシ過ぎる
。一方、従来技術により定温加熱を行なった場合にはａ
のの如くなり、一定温度にすることができるが、昇温の
レートが高くなりすぎるため、センサの劣化が起る。
をした場合には第５図のｃ、ｄ、ｅ曲線の如く、最終到
達温度に達する迄の時間が非常に長くなるので、センサ
を即時作動させることができない。又、放熱状態が悪け
ればＣの如く温度が高くなり過ぎる。又、風速が高いな
どの放熱状態が良ければｅの如く温度が低くなシ過ぎる
。一方、従来技術により定温加熱を行なった場合にはａ
のの如くなり、一定温度にすることができるが、昇温の
レートが高くなりすぎるため、センサの劣化が起る。
本発明によるときはｂの如くなり、センサが許容できる
昇温レートで昇温するので、劣化の問題は解消できると
共に短時間に目標温度に到達できる。従って、エンジン
制御用センサ等に本技術を適用した場合には、エンジン
始動直後がら空燃比の制御をすることができるから非常
に好都合であり、燃費改善、排気エミッション改善にも
役立つ。
昇温レートで昇温するので、劣化の問題は解消できると
共に短時間に目標温度に到達できる。従って、エンジン
制御用センサ等に本技術を適用した場合には、エンジン
始動直後がら空燃比の制御をすることができるから非常
に好都合であり、燃費改善、排気エミッション改善にも
役立つ。
第１図は本発明の一実施例の概略ブロック図、第２図は
第１図をさらに具体的に示したブロック図、第３図は本
発明の他の実施例の概略ブロック図、第４図は第３図の
実施例の詳細な回路例を示す図、第５図は、従来技術お
よび本発明のヒータ加熱初期におけるヒータの温度上昇
の特性を示す図である。 １・・・ヒータ、２・・・温度検知部、３・・・温度設
定部、４・・第１比較部、５・・・第１増幅部、６・・
・最小値選択部、７・・・温度上昇レート検知部、８ｍ
第２比較部、９・・・温度上昇レート設定部、１ｏ・・
・第２増幅部、１１・・・ランプレート設定部、１２・
・・ラング関数発生部。
第１図をさらに具体的に示したブロック図、第３図は本
発明の他の実施例の概略ブロック図、第４図は第３図の
実施例の詳細な回路例を示す図、第５図は、従来技術お
よび本発明のヒータ加熱初期におけるヒータの温度上昇
の特性を示す図である。 １・・・ヒータ、２・・・温度検知部、３・・・温度設
定部、４・・第１比較部、５・・・第１増幅部、６・・
・最小値選択部、７・・・温度上昇レート検知部、８ｍ
第２比較部、９・・・温度上昇レート設定部、１ｏ・・
・第２増幅部、１１・・・ランプレート設定部、１２・
・・ラング関数発生部。
Claims (4)
- （１）温度調節をすべき対象を加熱するヒータと、温度
調節をすべき対象の温度を検出する温度検知手段と、 温度調節をすべき対象の目標温度を設定する温度設定手
段と、 温度検知手段の出力と温度設定手段の出力とを比較し、
両者の差に応じてヒータへの供給電力を制御する手段と
、 温度調節をすべき対象の温度上昇速度がその許容値以上
となるのを抑制する温度上昇速度制限手段と、 を備えたことを特徴とする温度調節装置。 - （２）温度調節をすべき対象は、基板の片面にガス検知
部を設けたセンサであり、そのセンサの基板の他の片面
には温度調節のためのヒータが設けられていることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の温度調節装置
。 - （３）温度上昇速度制限手段は、温度検知手段の出力か
ら温度上昇レートを検出する温度上昇レート検知手段と
、許容できる温度上昇レートを設定する温度上昇レート
設定手段とを有することを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項または第（２）項記載の温度調節装置。 - （４）温度上昇速度制限手段は、温度上昇の勾配を指定
するだめのランプレート設定手段と、指定されたランプ
レートに従って一定の関数を発生するランプ関数光）生
芋段とを有することを特徴とする特許請求の範囲第（１
）項または第（２）項記載の温度調節装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079213A JPS58197523A (ja) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | 温度調節装置 |
| US06/493,698 US4524264A (en) | 1982-05-13 | 1983-05-11 | Temperature control apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57079213A JPS58197523A (ja) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | 温度調節装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58197523A true JPS58197523A (ja) | 1983-11-17 |
| JPH0443284B2 JPH0443284B2 (ja) | 1992-07-16 |
Family
ID=13683651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57079213A Granted JPS58197523A (ja) | 1982-05-13 | 1982-05-13 | 温度調節装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4524264A (ja) |
| JP (1) | JPS58197523A (ja) |
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| CN114384949A (zh) * | 2021-12-08 | 2022-04-22 | 四方光电股份有限公司 | 一种气体传感阵列的控温电路及其信号测量电路 |
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