【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明はリニアな出力特性を有する温度センサ
ーに関するものである。
金属酸化物を主原料とする負の温度係数をもつ
サーミスタは、温度制御や温度測定に広く用いら
れている。そしてこのサーミスタの特性を表わす
式は、（１）式のように近似される。
R1＝R2expB（１／T1−１／T2） ………（１）
ここでR1，R2は任意の温度T1（°Ｋ）および
T2（°Ｋ）におけるサーミスタの抵抗値であ
る。
Ｂはサーミスタ定数と呼ばれるもので、
The present invention relates to a temperature sensor having linear output characteristics. Thermistors, which are mainly made of metal oxides and have a negative temperature coefficient, are widely used for temperature control and temperature measurement. The equation representing the characteristics of this thermistor is approximated as shown in equation (1). R 1 = R 2 expB (1/T 1 −1/T 2 ) ………(1) Here, R 1 and R 2 are arbitrary temperature T 1 (°K) and
It is the resistance value of the thermistor at T 2 (°K). B is called the thermistor constant,
【式】
で表わされる。
この特性はサーミスタの抵抗値をＲとし、この
時のサーミスタの温度をＴとすると、第１図に示
す如くlogＲをＹ軸、1/ＴをＸ軸にとれば、直線関
係で表わされるが、実際は温度によつてＢがいく
ぶん変化し、特性は湾曲する場合が多く、Ｂ値を
示すのに温度範囲を指定して表わす。したがつ
て、直線グラフに表わすと第２図のようになり、
ＲとＴの関係は湾曲した関係となる。したがつ
て、温度コントロールを行なう場合には制御温度
を種々可変する場合が多く、サーミスタの抵抗を
温度設定する基準抵抗と比較し制御する一般の方
法においては、制御温度と温度設定の目盛とは上
述の理由から直線関係にはならない。もし直線関
係にするには非直線的な変化をする可変抵抗器を
用いなければならず技術的に困難である。そして
温度測定においては、サーミスタの抵抗値を測定
し直接的にその抵抗値を温度として知ることは不
可能で、(1)と(2)式より演算をしなければならな
いという欠点があつた。
また一般に温度測定をするには、ホイートスト
ンブリツジを用い、ブリツジの一辺にサーミスタ
を接続して指数関数であるサーミスタの抵抗変化
をブリツジを介して電圧変化に変換して測定す
る。そしてこの方法によれば、条件を選んでブリ
ツジ各辺の抵抗値を決定すれば直線性のよい温度
目盛曲線をうることができる。
そしてこの方法によれば、体温計のように測定
範囲が35〜45℃程度と測定範囲が狭まれば、許容
誤差内で直線的な変化とみなすことができるが、
しかし、測定範囲が広がつたりディジタル表示を
する温度計の場合には、ブリツジ出力の直線性の
ズレがそのまま指示誤差となり上記方法では充分
とはいえず、さらに直線化の補正回路、いわゆる
リニアライザを必要とし、回路が複雑なものとな
つた。
本発明は上記した欠点を是正せんとするもの
で、その目的とするところは、サーミスタに電界
効果トランジスタを接続することにより容易に出
力特性を直線化することができるので、回路構成
が簡単となり、かつ温度変化を電流変化としてと
り出すことができる温度センサーを提供するにあ
る。
次に本発明の実施例を図面と共に説明する。
本発明は第３図に示した電界効果トランジスタ
（以下単にＦＥＴと称する）１のドレイン電流ＩD
がソース抵抗２の値により第４図の如く変化する
特性に着目し、ソース抵抗３に代えてサーミスタ
３を使用するものである。ここで第２図と第４図
のグラフ直線は近似しており、従つてソース抵抗
３に代えて第５図に示す如くサーミスタを接続す
ると、サーミスタの抵抗値の変化が温度に対して
非直線的な変化をするので、結果的にサーミスタ
温度ＴとＦＥＴ１のドレイン電流IDは第６図に示
す如く直線的な対応を取る。従つて負荷抵抗４に
はサーミスタ温度Ｔに対して直線的な電圧が発生
する。なお５は直流電源である。
ここで第５図で示した回路で得られたデータの
一例を下表で示す。Represented by [Formula]. This characteristic can be expressed as a linear relationship if the resistance value of the thermistor is R and the temperature of the thermistor at this time is T, and if logR is plotted on the Y axis and 1/T is plotted on the X axis as shown in Figure 1, In reality, B changes somewhat depending on temperature, and the characteristics often curve, so a temperature range is specified to indicate the B value. Therefore, when expressed as a straight line graph, it looks like Figure 2,
The relationship between R and T is a curved relationship. Therefore, when performing temperature control, the control temperature is often varied, and in the general method of controlling by comparing the thermistor resistance with a reference resistance for setting the temperature, the control temperature and temperature setting scale are For the reasons mentioned above, there is no linear relationship. If a linear relationship is to be achieved, a variable resistor that changes non-linearly must be used, which is technically difficult. In temperature measurement, it is impossible to measure the resistance value of a thermistor and directly determine the resistance value as temperature, and there is a drawback that calculations must be performed using equations (1) and (2). Generally, temperature is measured by using a Wheatstone bridge, connecting a thermistor to one side of the bridge, and converting the exponential resistance change of the thermistor into a voltage change via the bridge. According to this method, a temperature scale curve with good linearity can be obtained by selecting conditions and determining the resistance value on each side of the bridge. According to this method, if the measurement range is narrow to about 35 to 45 degrees Celsius, such as with a thermometer, it can be considered a linear change within the tolerance.
However, in the case of thermometers with expanded measurement ranges or digital displays, deviations in the linearity of the bridge output directly result in indication errors, and the above method is not sufficient. , and the circuit became complicated. The present invention aims to rectify the above-mentioned drawbacks, and its purpose is that the output characteristics can be easily linearized by connecting a field effect transistor to the thermistor, so that the circuit configuration can be simplified. Another object of the present invention is to provide a temperature sensor that can detect temperature changes as current changes. Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention relates to a drain current I D of a field effect transistor (hereinafter simply referred to as FET) 1 shown in FIG.
Focusing on the characteristic that changes as shown in FIG. 4 depending on the value of the source resistance 2, a thermistor 3 is used in place of the source resistance 3. Here, the graph lines in Figures 2 and 4 are approximate, so if a thermistor is connected as shown in Figure 5 instead of the source resistor 3, the change in the resistance value of the thermistor will be non-linear with respect to temperature. As a result, the thermistor temperature T and the drain current I D of the FET 1 have a linear relationship as shown in FIG. Therefore, a voltage linear with respect to the thermistor temperature T is generated in the load resistor 4. Note that 5 is a DC power supply. Here, an example of data obtained with the circuit shown in FIG. 5 is shown in the table below.
【表】
この表によればサーミスタ温度120℃〜180℃の
領域において、１℃の温度変化に対し略190μＡ
の一様な電流増加が行なわれていることがわか
る。すなわちドレイン電流ＩDとサーミスタ温度
の関係が60degの範囲で直線であることを示して
いる。
第７図は従来の方法である第５図における
ＦＥＴ１に代えてサーミスタと負荷抵抗との直列
回路による該負荷抵抗両端の電圧出力特性ロと、
第５図における負荷抵抗２の両端の電圧出力特性
イとを比効したものである。
なおサーミスタ３の初期抵抗値を変えることに
より直線領域を低温より高温まで変化させること
が可能である。
第８図は温度計に応用した実施例を示し、６は
ゼロレベル調整用可変抵抗、７はフルスケール調
整用可変抵抗、８は電流計、９は電流計感度調整
用抵抗、１０はゼロレベル調整用ＦＥＴ、１１は
ツエナーダイオードである。ここで可変抵抗６，
７を調整して電流計８のゼロレベルとフルスケー
ルを最低と最高温度になるように設定して、電流
計８の目盛には最低と最高温度まで均等目盛を与
えれば良く、従来のように不平等目盛となること
はないので、測定温度の全範囲に亘つて測定が正
確に行なえる。そして温度に対して直線的出力が
得られることにより、温度制御においては温度設
定の目盛を直接摂氏温度等で書き表わすことがで
き、従つて設定性、操作性は向上する。また温度
測定においても、サーミスタ３のもつ温度変化に
対する高感度な出力特性を損うことなく電圧計や
電流計により温度を直読できる測定装置を製作す
ることが可能となる。
本発明は上記したように、電界効果トランジス
タのソース、ゲート間にサーミスタを接続するこ
とにより、ドレインまたはソース電流が温度変化
に対し直線的に変化し、従つて温度測定用の回路
が簡単となり、また温度変化が直線電流変化とし
て表われるので、より回路を簡略化できる等の効
果を有するものである。[Table] According to this table, in the thermistor temperature range of 120°C to 180°C, approximately 190μA per 1°C temperature change.
It can be seen that the current increases uniformly. That is, it shows that the relationship between the drain current I D and the thermistor temperature is linear within a range of 60 degrees. FIG. 7 shows voltage output characteristics across the load resistor using a series circuit of a thermistor and a load resistor instead of FET 1 in FIG. 5, which is a conventional method;
This is a comparison of the voltage output characteristic A across the load resistor 2 in FIG. 5. Note that by changing the initial resistance value of the thermistor 3, it is possible to change the linear range from low temperature to high temperature. Figure 8 shows an example applied to a thermometer, where 6 is a variable resistor for zero level adjustment, 7 is a variable resistor for full scale adjustment, 8 is an ammeter, 9 is a resistor for ammeter sensitivity adjustment, and 10 is zero level. The adjustment FET 11 is a Zener diode. Here variable resistor 6,
7, set the zero level and full scale of ammeter 8 to the minimum and maximum temperature, and give the scale of ammeter 8 a uniform scale from the minimum to the maximum temperature, just like the conventional method. Since there is no uneven scale, measurements can be made accurately over the entire measurement temperature range. Since a linear output is obtained with respect to temperature, the temperature setting scale can be directly expressed in degrees Celsius, etc. in temperature control, and therefore setting and operability are improved. Also, in temperature measurement, it is possible to manufacture a measuring device that can directly read the temperature using a voltmeter or ammeter without impairing the highly sensitive output characteristics of the thermistor 3 to temperature changes. As described above, in the present invention, by connecting a thermistor between the source and gate of a field effect transistor, the drain or source current changes linearly with respect to temperature changes, and therefore the temperature measurement circuit becomes simple. Furthermore, since temperature changes appear as linear current changes, the circuit can be further simplified.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１，２図はサーミスタ抵抗に対するサーミス
タ温度を示す線図、第３図は本発明の原理説明の
ための回路図、第４図は電界効果トランジスタの
ドレイン電流に対するソース抵抗を示す線図、第
５図は本発明の一実施例を示す温度センサーの回
路図、第６図は同上による出力電流特性を示す線
図、第７図は従来のサーミスタによる出力電圧特
性と本発明の温度センサーによる出力電圧特性を
示す線図、第８図は温度計に使用した場合の回路
図である。
１……電界効果トランジスタ、３……サーミス
タ。
Figures 1 and 2 are diagrams showing thermistor temperature versus thermistor resistance, Figure 3 is a circuit diagram for explaining the principle of the present invention, Figure 4 is a diagram showing the source resistance versus drain current of a field effect transistor, and Figure 4 is a diagram showing the thermistor temperature versus thermistor resistance. Figure 5 is a circuit diagram of a temperature sensor showing an embodiment of the present invention, Figure 6 is a diagram showing output current characteristics according to the above, and Figure 7 is a diagram showing output voltage characteristics of a conventional thermistor and output of a temperature sensor of the present invention. A diagram showing voltage characteristics, and FIG. 8 is a circuit diagram when used in a thermometer. 1... Field effect transistor, 3... Thermistor.