TWI545302B - A sensor device and a control temperature method for the sensor device - Google Patents

A sensor device and a control temperature method for the sensor device Download PDF

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TWI545302B
TWI545302B TW103140501A TW103140501A TWI545302B TW I545302 B TWI545302 B TW I545302B TW 103140501 A TW103140501 A TW 103140501A TW 103140501 A TW103140501 A TW 103140501A TW I545302 B TWI545302 B TW I545302B
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Hirokatsu Okumura
Hiroshi Kawate
Hideyuki Odagiri
Haruhiro Tsuneta
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Nidec Sankyo Corp
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Description

感測器裝置及於感測器裝置之控制溫度方法
本發明係關於一種於感測器元件設置有加熱器之感測器裝置及於該感測器裝置之控制溫度方法。
於感測器裝置中，利用感測器元件測量檢測對象之物理量。例如，於具有磁阻元件之磁感測器裝置中，檢測伴隨永磁鐵之旋轉等之磁場變化，並檢測永磁鐵之位置等(例如，參考專利文獻1)。
感測器之檢測結果大多根據溫度而變化。例如，用於磁感測器裝置之磁阻元件或用於霍爾元件之感磁膜之電阻值根據溫度而變化。此處，於由感磁膜構成橋接電路之情形時，即使由於溫度變化而引起電阻值變化，只要該變化於各感磁膜中相等，則亦不會產生輸出變化。然而，於磁感測器裝置中，例如，即使於由感磁膜構成橋接電路之情形時，若溫度發生變化，則會產生檢測誤差。雖然其原因還未明確，但可以推測其原因是：於元件基板與感磁膜中因熱膨脹係數不同而引起之應力之影響根據元件基板之位置而不同，或感磁膜之膜質根據元件基板之位置而不同。因此，本申請之發明人研究將加熱器及溫度監控用元件設置於感測器元件，並基於溫度監控用元件之監控結果控制加熱器，從而使感測器元件之溫度保持固定。
另一方面，作為使用溫度監控用元件檢測溫度之方法，提出了以下技術：將熱敏電阻等溫度監控用元件與固定電阻串聯來構成分壓電路，比較對分壓電路之兩端施加定電壓時藉由溫度監控用元件與固 定電阻而分壓之值(溫度檢測電壓)與參考電壓(參考專利文獻2)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2012-118000號公報
專利文獻2：日本專利特開2008-111761號公報
然而，於專利文獻2記載之技術中，存在以下問題：於藉由熱敏電阻等溫度監控用元件與固定電阻利用分壓之情形時，溫度之檢測結果由於溫度監控用元件之電阻值之偏差而產生偏差。特別是於將電阻元件用作溫度監控用元件之情形時，存在以下問題：由於使用電阻值之溫度係數大之電阻元件，因此電阻值易產生偏差。因此，存在以下問題：即使基於介助溫度監控用電阻元件檢測出之結果控制加熱器，亦無法將感測器元件設定為特定之溫度。
鑒於以上問題，本發明之課題在於提供一種能夠基於藉由溫度監控用電阻元件監控感測器元件之溫度之結果適當地對加熱器進行控制之感測器裝置及於感測器裝置之控制溫度方法。
為了解決上述問題，本發明之感測器裝置之特徵在於，包括：元件基板，其設置有感測器元件；溫度監控用電阻元件，其監控上述感測器元件之溫度；加熱器，其加熱上述感測器元件；分壓電路，該分壓電路之分壓電阻與上述溫度監控用電阻元件串聯電連接，並且該分壓電路之兩端被施加定電壓；比較器，其將於上述分壓電路中藉由上述溫度監控用電阻元件與上述分壓電阻所分壓之溫度檢測電壓與控制目標電壓進行比較；通電控制部，其基於上述比較器之比較結果控制向上述加熱器之通電；及微電腦，其將上述溫度監控用電阻元件實 際變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓作為上述控制目標電壓輸出至上述比較器。
於本發明之感測器裝置中，若感測器元件之溫度產生變化，則溫度監控用電阻元件之電阻值產生變化，於分壓電路中藉由溫度監控用電阻元件與分壓電阻所分壓之溫度檢測電壓產生變化。因此，只要藉由通電控制部基於於比較器中比較溫度檢測電壓與控制目標電壓而得之比較結果控制向加熱器之通電，即可將感測器元件之溫度維持為特定之溫度。此處，藉由微電腦對比較器輸出控制目標電壓，微電腦將溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之溫度檢測電壓作為控制目標電壓輸出至比較器。因此，即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，微電腦亦將與溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之電阻值對應之溫度檢測電壓作為控制目標電壓輸出至比較器，因此即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，亦能夠適當地控制感測器元件之溫度。
本發明於應用於上述溫度監控用電阻元件為溫度監控用電阻膜之情形時是有效的。於溫度監控用電阻元件使用電阻膜之情形時，溫度監控用電阻元件之電阻值易產生偏差。然而，於本發明中，即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，微電腦亦將與溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之電阻值對應之溫度檢測電壓作為控制目標電壓輸出至比較器。因此，即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，亦能夠適當地控制感測器元件之溫度。
於本發明中，較佳為上述溫度監控用電阻膜形成於上述元件基板。根據該構成，能夠適當地監控感測器元件之溫度。
於本發明中，較佳為上述微電腦基於對上述分壓電路施加上述定電壓時之環境溫度、對上述分壓電路施加上述定電壓時之上述溫度檢測電壓、上述分壓電阻之電阻值及上述溫度監控用電阻膜之電阻值 之溫度係數，計算上述溫度監控用電阻膜變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓，並將上述溫度檢測電壓之計算結果作為上述控制目標電壓輸出至上述比較器。於溫度監控用電阻元件中，即使電阻值有偏差，電阻值之溫度係數之偏差亦極小。因此，只要能夠於某一溫度下對分壓電路施加定電壓來獲得溫度檢測電壓，即可基於當時之環境溫度、分壓電阻之電阻值及溫度監控用電阻膜之電阻值之溫度係數，高精度地計算溫度監控用電阻膜變為預先設定之溫度時之溫度檢測電壓。因此，只要將該計算結果作為控制目標電壓輸出至比較器，即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，亦能夠適當地控制感測器元件之溫度。
於本發明中，較佳為上述微電腦具有測量上述環境溫度之溫度測量部。根據該構成，即使不使用外部之溫度計，亦能夠計算控制目標電壓。
於本發明中，較佳為具有記憶上述控制目標電壓之記憶體。
於本發明中，能夠採用於上述記憶體中記憶有於上述感測器裝置出廠前決定之上述控制目標電壓之構成。
於本發明中，亦可採用於上述記憶體中記憶有於上述感測器裝置出廠後於預先指定之時序決定之上述控制目標電壓之構成。
於本發明中，較佳為上述加熱器為形成於上述元件基板之加熱用電阻膜。根據該構成，能夠高效率地加熱感測器元件。
於本發明中，能夠採用將上述元件基板與上述微電腦安裝於同一電路基板之構成。根據該構成，能夠防止於計算控制目標電壓時環境溫度與感測器元件之溫度產生大之差。
於本發明中，上述感測器元件為例如具有形成於上述元件基板之磁阻膜之磁阻元件。
於該情形時，磁感測器裝置能夠採用具有與上述磁阻元件對向 旋轉之磁鐵之構成。
本發明之於感測器裝置之控制溫度方法之特徵在於，於上述感測器裝置設置如下部件：元件基板，其設置有感測器元件；溫度監控用電阻元件，其監控上述感測器元件之溫度；加熱器，其加熱上述感測器元件；分壓電路，該分壓電路之分壓電阻與上述溫度監控用電阻元件串聯電連接，並且該分壓電路之兩端被施加定電壓；比較器，其將於上述分壓電路中藉由上述溫度監控用電阻元件與上述分壓電阻所分壓之溫度檢測電壓與控制目標電壓進行比較；通電控制部，其基於上述比較器之比較結果控制向上述加熱器之通電；及微電腦，其將上述溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓作為上述控制目標電壓輸出至上述比較器；上述於感測器裝置之控制溫度方法係進行對上述分壓電路施加上述定電壓之控制目標電壓設定步驟，於上述控制目標電壓設定步驟中，上述微電腦基於對上述分壓電路施加上述定電壓時之環境溫度、對上述分壓電路施加上述定電壓時之上述溫度檢測電壓、上述分壓電阻之電阻值及上述溫度監控用電阻元件之電阻值之溫度係數，計算上述溫度監控用電阻元件變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓，並將上述溫度檢測電壓之計算結果決定為上述控制目標電壓。
於本發明之於感測器裝置之控制溫度方法中，能夠採用於上述感測器裝置出廠前進行上述控制目標電壓設定步驟之構成。
於本發明之於感測器裝置之控制溫度方法中，亦可採用於上述感測器裝置出廠後於預先指定之時序進行上述控制目標電壓設定步驟之構成。
於本發明之感測器裝置中，若感測器元件之溫度產生變化，則溫度監控用電阻元件之電阻值產生變化，於分壓電路中藉由溫度監控 用電阻元件與分壓電阻所分壓之溫度檢測電壓產生變化。因此，只要藉由通電控制部基於於比較器中比較溫度檢測電壓與控制目標電壓而得之比較結果控制向加熱器之通電，即可將感測器元件之溫度維持為特定之溫度。此處，藉由微電腦對比較器輸出控制目標電壓，微電腦將溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之溫度檢測電壓作為控制目標電壓輸出至比較器。因此，即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，微電腦亦將與溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之電阻值對應之溫度檢測電壓作為控制目標電壓輸出至比較器，因此即使溫度監控用電阻元件之電阻值有偏差，亦能夠適當地控制感測器元件之溫度。
4‧‧‧磁阻元件(感測器元件)
6‧‧‧保持器
9‧‧‧微電腦
10‧‧‧磁感測器裝置(感測器裝置)
20‧‧‧磁鐵
30‧‧‧放大器部
30(+A)‧‧‧放大器部
30(-A)‧‧‧放大器部
30(+B)‧‧‧放大器部
30(-B)‧‧‧放大器部
31、32‧‧‧霍爾元件用之放大器部
40‧‧‧元件基板
40a‧‧‧元件基板40之一面
41~44‧‧‧感磁膜
45‧‧‧感磁區域
47‧‧‧溫度監控用電阻膜(溫度監控用電阻元件)
48‧‧‧加熱用電阻膜(加熱器)
50‧‧‧電路基板
50a‧‧‧第1面
50b‧‧‧第2面
59‧‧‧連接器
61、62‧‧‧螺絲
80‧‧‧分壓電路
81、82‧‧‧霍爾元件
83‧‧‧開關元件(通電控制部)
84‧‧‧分壓電阻
85‧‧‧比較器
91‧‧‧A/D轉換部
92‧‧‧信號處理部
93‧‧‧D/A轉換部
94‧‧‧控制目標電壓設定部
96‧‧‧運算部
97‧‧‧溫度測量部
99‧‧‧記憶體
401‧‧‧第1絕緣膜
402‧‧‧第2絕緣膜
403‧‧‧第3絕緣膜
481‧‧‧配線部分
482‧‧‧配線部分
GND‧‧‧接地端子
GNDA‧‧‧A相用之接地端子
GNDB‧‧‧B相用之接地端子
GNDH‧‧‧接地端子
GNDS‧‧‧接地端子
L‧‧‧軸線
VccA‧‧‧A相用之電源端子
VccB‧‧‧B相用之電源端子
VccH‧‧‧電源端子
VccH0‧‧‧電源端子
VccS‧‧‧電源端子
VccS0‧‧‧電源端子
+A‧‧‧輸出+A相用之輸出端子
-A‧‧‧輸出-A相用之輸出端子
+B‧‧‧輸出+B相用之輸出端子
-B‧‧‧輸出-B相用之輸出端子
θ‧‧‧角度位置
圖1(a)、(b)係應用了本發明之磁感測器裝置之說明圖。
圖2(a)-(c)係用於應用了本發明之磁感測器裝置之元件基板之說明圖。
圖3(a)-(d)係表示應用了本發明之磁感測器裝置中之檢測原理等之說明圖。
圖4(a)、(b)係表示應用了本發明之磁感測器裝置之電構成之說明圖。
以下，參考附圖，以構成磁式旋轉編碼器之磁感測器裝置為中心對應用了本發明之感測器裝置進行說明。
(磁感測器裝置之構成)
圖1係應用了本發明之磁感測器裝置之說明圖，圖1(a)、(b)係自軸線方向之一側觀察磁感測器裝置之立體圖、及其分解圖。
圖1所示之磁感測器裝置10(旋轉編碼器)具有：固定於馬達殼體等之保持器6；藉由螺絲61、62等固定於保持器6之電路基板50；及固 定於馬達之輸出軸等之磁鐵20；磁鐵20繞通過磁鐵中心之軸線L旋轉。磁鐵20於保持器6之內側與電路基板50對向。於本形態中，磁鐵20具有沿周向形成有一個N極與一個S極之磁化面。
於電路基板50之與磁鐵20對向之第1面50a側，於與磁鐵20對向之位置安裝有元件基板40，於與元件基板40相鄰之位置安裝有霍爾元件81、82。於元件基板40形成有下述之感磁膜，呈圓形配置之感磁膜之中心設置於磁鐵之旋轉軸線上。又，於電路基板50之與磁鐵20對向之一側之相反側之第2面50b上安裝有微電腦9、由放大器IC構成之放大器部30、開關元件83、比較器85、記憶體99及連接器59等。電路基板50係於苯酚基板或玻璃環氧基板等形成有配線之印刷配線基板。
(元件基板40之構成)
圖2係用於應用了本發明之磁感測器裝置10之元件基板40之說明圖，圖2(a)、(b)、(c)係表示元件基板40之平面構成之說明圖、表示元件基板40之剖面構成之說明圖、及表示元件基板40之剖面構成之變化例之說明圖。再者，於圖2(b)、(c)中，模式性地表示了磁阻元件4(感磁膜41~44)、溫度監控用電阻膜47、及加熱用電阻膜48之層構造。又，於圖2(a)中，對溫度監控用電阻膜47用反斜線標記，對加熱用電阻膜48用正斜線標記。
如圖2(a)所示，於元件基板40之一面40a上構成有具備感磁膜41~44(磁阻膜)之磁阻元件4(感測器元件)，感磁膜41~44由相互折回並延伸之部分於元件基板40之中央構成了圓形之感磁區域45。於本形態中，元件基板40為具有四邊形之平面形狀之矽基板。
配線部分自感磁膜41~44一體地延伸，於配線部分之端部設置有A相用之電源端子VccA、A相用之接地端子GNDA、輸出+A相用之輸出端子+A、輸出-A相用之輸出端子-A、B相用之電源端子VccB、B相用之接地端子GNDB、輸出+B相用之輸出端子+B及輸出-B相用之 輸出端子-B。
又，於元件基板40之一面40a上形成有溫度監控用電阻膜47(感溫部)及加熱用電阻膜48(加熱器)。此處，加熱用電阻膜48以沿元件基板40之邊呈四邊框狀延伸而構成閉環之狀態包圍形成有感磁膜41~44之整個區域。因此，加熱用電阻膜48與感磁膜41~44形成於元件基板40之面內方向上錯開之區域，因此於俯視時不重疊。又，配線部分481自加熱用電阻膜48之相對向之兩條邊部分中之一者延伸，於配線部分481之端部形成有用於對加熱用電阻膜48供電之電源端子VccH。相對於此，從兩條邊部分中之另一者延伸之配線部分482之端部與A相用之接地端子GNDA連接。因此，A相用之接地端子GNDA亦被用作相對於加熱用電阻膜48之接地端子GNDH。此處，配線部分481與加熱用電阻膜48之連接位置及配線部分482與加熱用電阻膜48之連接位置位於相對於感磁區域45呈點對稱之位置。因此，自配線部分481與加熱用電阻膜48之連接位置向配線部分482與加熱用電阻膜48之連接位置右繞時之加熱用電阻膜48之長度同自配線部分481與加熱用電阻膜48之連接位置向配線部分482與加熱用電阻膜48之連接位置左繞時之加熱用電阻膜48之長度相等。
溫度監控用電阻膜47設置於加熱用電阻膜48之內側區域中之加熱用電阻膜48之4個角中之1個角附近，並位於感磁區域45與加熱用電阻膜48之間。溫度監控用電阻膜47呈複數次折回並延伸之平面形狀。因此，即使佔有面積窄，亦能夠形成較長之溫度監控用電阻膜47。此處，雖然溫度監控用電阻膜47與感磁膜44之配線部分局部重疊，但由於溫度監控用電阻膜47形成於與感磁區域45於元件基板40之面內方向上錯開之區域，因此溫度監控用電阻膜47與感磁區域45不重疊。於溫度監控用電阻膜47之一個端部形成有溫度監控用之電源端子VccS。又，溫度監控用電阻膜47之另一個端部與B相用之接地端子GNDB連 接。因此，B相用之接地端子GNDB亦被用作相對於溫度監控用電阻膜47之接地端子GNDS。
元件基板40具有圖2(b)所示之剖面構造，或者具有圖2(c)所示之剖面構造而構成。具體而言，如圖2(b)所示，首先，於元件基板40之一面40a上形成有由矽氧化膜構成之第1絕緣膜401、由矽氧化膜構成之第2絕緣膜402、及由聚醯亞胺樹脂等構成之第3絕緣膜403。於本形態中，感磁膜41~44為藉由濺射法等形成之鎳鐵合金膜，溫度監控用電阻膜47及加熱用電阻膜48均為藉由濺射法等形成之鈦膜等不顯示磁阻效果之導電膜。
此處，於感磁膜41~44、溫度監控用電阻膜47及加熱用電阻膜48中，感磁膜41~44形成於最靠元件基板40之一側(下層側)。更具體而言，感磁膜41~44形成於元件基板40與第1絕緣膜401之層間。溫度監控用電阻膜47形成於第1絕緣膜401與第2絕緣膜402之層間。加熱用電阻膜48與感磁膜41~44相同，形成於元件基板40與第1絕緣膜401之層間。因此，感磁膜41~44與加熱用電阻膜48形成於同一層，而感磁膜41~44與溫度監控用電阻膜47隔著第1絕緣膜401形成於不同之層。
於圖2(c)所示之形態中，感磁膜41~44亦形成於元件基板40與第1絕緣膜401之層間。溫度監控用電阻膜47形成於第1絕緣膜401與第2絕緣膜402之層間。加熱用電阻膜48與溫度監控用電阻膜47相同，形成於第1絕緣膜401與第2絕緣膜402之層間。因此，感磁膜41~44與溫度監控用電阻膜47及加熱用電阻膜48隔著第1絕緣膜401形成於不同之層，而溫度監控用電阻膜47與加熱用電阻膜48形成於同一層。
(磁感測器裝置10之詳細構成)
圖3係表示應用了本發明之磁感測器裝置10中之檢測檢測原理等之說明圖，圖3(a)、(b)、(c)、(d)係表示A相用之感磁膜之電連接構造之說明圖、表示B相用之感磁膜之電連接構造之說明圖、自磁阻元件 4輸出之信號之說明圖及表示該信號與磁鐵20之角度位置(電角)之關係之說明圖。
於參考圖2說明之磁阻元件4中，感磁膜41~44構成為兩個相之感磁膜(A相(SIN)感磁膜41、43及B相(COS)感磁膜42、44)，上述兩個相之感磁膜相對於圖1(b)所示之磁鐵20之相位相互具有90°相位差，元件基板40如圖1所示配置於通過磁鐵20之中心之軸線L(旋轉中心軸線)上。而且，磁阻元件4以各感磁膜41~44之電阻值於飽和靈敏度區域以上之磁場強度檢測於磁化面之面內方向上產生朝向之變化之旋轉磁場。
A相感磁膜具備以180°之相位差進行磁鐵20之移動檢測之+A相(SIN+)感磁膜43及-A相(SIN-)感磁膜41，B相感磁膜具備以180°之相位差進行磁鐵20之移動檢測之+B相(COS+)感磁膜44及-B相(COS-)感磁膜42。
+A相感磁膜43及-A相感磁膜41構成了圖3(a)所示之橋接電路，一端與電源端子VccA連接，另一端與接地端子GNDA連接。於+A相感磁膜43之中點位置設置有輸出+A相之輸出端子+A，於-A相感磁膜41之中點位置設置有輸出-A相之輸出端子-A。又，+B相感磁膜44及-B相感磁膜42亦與+A相感磁膜43及-A相感磁膜41相同，構成了圖3(b)所示之橋接電路，一端與電源端子VccB連接，另一端與接地端子GNDB連接。於+B相感磁膜44之中點位置設置有輸出+B相之輸出端子+B，於-B相感磁膜42之中點位置設置有輸出-B相之輸出端子-B。再者，於圖3中，為了方便起見，雖然分別記載了A相用之電源端子VccA及B相用之電源端子VccB，但A相用之電源端子VccA與B相用之電源端子VccB亦可共用。又，於圖3中，為了方便起見，雖然分別記載了A相用之接地端子GNDA及B相用之接地端子GNDB，但A相用之接地端子GNDA與B相用之接地端子GNDB亦可共用。
(磁感測器裝置10之電構成)
圖4係表示應用了本發明之磁感測器裝置10之電構成之說明圖，圖4(a)、(b)係表示磁感測器裝置10整體之電構成之說明圖、及表示溫度控制用之電構成之說明圖。
如圖4(a)所示，磁感測器裝置10具有：放大器部30(放大器部30(+A)、放大器部30(-A)、放大器部30(+B)、放大器部30(-B)、霍爾元件用之放大器部31、32)，其放大來自元件基板40之輸出；及微電腦9，其具備A/D轉換部91等；微電腦9具備基於經A/D轉換之信號檢測磁鐵20之旋轉角度位置及轉速等之信號處理部92。於磁感測器裝置10中，於圖1所示之磁鐵20旋轉一圈時，自磁阻元件4輸出兩個週期量之圖3(c)所示之正弦波信號sin、cos。因此，若於藉由放大器部30(放大器部30(+A)、30(-A)、30(+B)、30(-B))放大正弦波信號sin、cos後，轉換為數位信號，並將該數位信號輸出至微電腦9，則於微電腦9中信號處理部92求得圖3(d)所示之利薩如圖。因此，只要根據正弦波信號sin、cos求出θ=tan-1(sin/cos)，則可知磁鐵20之角度位置θ。又，於本形態中，於自磁鐵20之旋轉中心軸線(軸線L)觀察偏離90°之位置配置有霍爾元件81、82。因此，藉由霍爾元件81、82之輸出之組合，可知當前位置位於正弦波信號sin、cos之哪一個區間。因此，磁感測器裝置10能夠基於磁阻元件4之檢測結果及霍爾元件81、82之檢測結果產生磁鐵20之絕對角度位置資訊，從而能夠進行絕對動作。
(磁阻元件4之溫度調節)
如圖4(a)、(b)所示，於本形態之磁感測器裝置10中構成有基於溫度監控用電阻膜47之電阻變化控制向加熱用電阻膜48之供電之通電控制部。更具體而言，於元件基板40中，於溫度監控用電阻膜47之溫度監控用之電源端子VccS連接有由固定電阻構成之分壓電阻84，於分壓電阻84中之與連接有溫度監控用電阻膜47之一側相反之一側連接有 施加了溫度監控用之定電壓之電源端子VccS0。於溫度監控用電阻膜47中之與連接有分壓電阻84之一側相反之一側連接有接地端子GND，溫度監控用電阻膜47與分壓電阻84構成了於電源端子VccS0與接地端子GND之間串聯之分壓電路80。
於加熱用電阻膜48之加熱用之電源端子VccH連接有由雙極電晶體構成之通電控制用之開關元件83，由開關元件83構成了通電控制部。於開關元件83中之與連接有加熱用電阻膜48之一側相反之一側連接有施加了加熱器驅動用之定電壓之電源端子VccH0。於加熱用電阻膜48中之與連接有開關元件83之一側相反之一側連接有接地端子GND，加熱用電阻膜48與開關元件83於電源端子VccH0與接地端子GND之間串聯。
此處，溫度監控用電阻膜47與分壓電阻84之連接部分同由運算放大器構成之比較器85之一個端子連接，對比較器85之另一個端子輸入了用於接通或斷開開關元件83之成為閾值之控制目標電壓V0。因此，若元件基板40(磁阻元件4)之溫度降低，則溫度監控用電阻膜47之電阻值降低，從而藉由溫度監控用電阻膜47與分壓電阻84之連接點之溫度檢測電壓降低。此時，若溫度檢測電壓較輸入至比較器85之另一個端子之控制目標電壓V0低，則比較器85輸出低電壓並接通開關元件83，故而向加熱用電阻膜48供電。因此，磁阻元件4(感磁膜41~44)被加熱。
於該狀態下，若元件基板40之溫度上升，則溫度監控用電阻膜47之電阻值上升，溫度監控用電阻膜47與分壓電阻84之連接點之溫度檢測電壓上升。此時，若溫度檢測電壓較輸入至比較器85之另一個端子之控制目標電壓V0高，則比較器85輸出高電壓並斷開開關元件83，故而停止向加熱用電阻膜48供電。因此，磁阻元件4(感磁膜41~44)之溫度能夠維持為根據控制目標電壓V0等規定之特定溫度。
(控制目標電壓V0之設定)
於進行上述之溫度控制時，控制目標電壓V0自微電腦9輸出至比較器85。即，於微電腦9中內置有控制目標電壓設定部94，並且於微電腦9之外部設置有記憶控制目標電壓V0之記憶體99，微電腦9之控制目標電壓設定部94藉由D/A轉換部93將自記憶體99讀出之控制目標電壓V0自數位信號轉換為類比信號後，輸出至比較器85。此處，於磁感測器裝置10出廠前實施之控制目標電壓設定步驟中，按每個磁感測器裝置10設定控制目標電壓V0。
更具體而言，由於溫度監控用電阻膜47等電阻元件使用電阻值之溫度係數較大之電阻元件，因此與分壓電阻84不同，每個磁感測器裝置10(每個元件基板40)之電阻值易產生偏差。特別是於本形態中，由於將溫度監控用電阻膜47用作溫度監控用電阻元件，因此與如分壓電阻84般之塊狀電阻元件相比，每個磁感測器裝置10(每個元件基板40)之電阻值易產生偏差。因此，於本形態中，於磁感測器裝置10出廠前，於控制目標電壓設定步驟中對每個磁感測器裝置10計算溫度監控用電阻膜47實際變為預先設定溫度時之溫度檢測電壓，將該計算結果決定為控制目標電壓V0，並記憶於記憶體99中。
又，於本形態中，於決定控制目標電壓V0時，使運算部96及溫度測量部97內置於微電腦9，於控制目標電壓設定步驟中，基於溫度測量部97之測量結果及運算部96之運算結果決定控制目標電壓V0，並記憶於記憶體99中。
於將目標溫度設為70℃，將對分壓電路80之兩端施加之溫度監控用之定電壓設為Vc，將溫度監控用電阻膜47之溫度係數設為α(Ω/℃)，將分壓電阻84之電阻設為Rc之情形時，對該控制目標電壓設定步驟之內容進行說明。首先，於磁感測器裝置10出廠前，對分壓電路80之兩端施加溫度監控用之定電壓Vc，檢測此時之溫度監控用電阻 膜47與分壓電阻84之連接點之溫度檢測電壓Vata，並且，藉由溫度測量部97檢測此時之環境溫度ta。
其結果，運算部96藉由以下式子求出溫度為ta時之溫度監控用電阻膜47之電阻值Rsta。
Vata=Rsta×(Vc/(Rsta+Rc))
Rsta=Vata×((Rsta+Rc)/Vc)
Rsta=(Vata×Rc)/(Vc-Vata)
此處，即使磁感測器裝置10或元件基板40不同，溫度監控用電阻膜47之溫度係數α亦固定，因此溫度為70℃時之溫度監控用電阻膜47之電阻值R70為Rsta×(1+(α×(70-ta))。因此，運算部96能夠根據以下式子計算溫度為70℃時之溫度檢測電壓Va70，因而控制目標電壓設定部94將溫度為70℃時之溫度檢測電壓Va70之計算結果作為控制目標電壓V0記憶於記憶體99中。
Va70=Vc×R70/(R70+Rc)
其中，R70=Rsta×(1+(α×(70-ta))
因此，於磁感測器裝置10出廠以後，能夠於磁感測器裝置10中基於與實際形成之溫度監控用電阻膜47之電阻值對應之控制目標電壓V0控制溫度。
(本形態之主要效果)
如以上說明，於本形態之磁感測器裝置10中，若磁阻元件4之溫度產生變化，則溫度監控用電阻膜47之電阻值產生變化，於分壓電路80中藉由溫度監控用電阻膜47與分壓電阻84分壓之溫度檢測電壓產生變化。因此，只要藉由通電控制用之開關元件83(通電控制部)基於於比較器85中比較溫度檢測電壓與控制目標電壓V0而得之比較結果控制向加熱用電阻膜48(加熱器)之通電，即可將磁阻元件4之溫度維持為特定之溫度。因此，磁阻元件4之檢測結果不易受環境溫度之影 響。
又，於本形態中，於磁感測器裝置10出廠前，進行對分壓電路80施加定電壓Va之控制目標電壓設定步驟。於該控制目標電壓設定步驟中，微電腦9基於對分壓電路80施加定電壓Va時之環境溫度Ta(微電腦9之溫度)、對分壓電路80施加定電壓Va時之溫度檢測電壓、分壓電阻84之電阻值、及溫度監控用電阻膜47之電阻值之溫度係數α，計算溫度監控用電阻膜47變為預先設定溫度(例如，70℃)時之溫度檢測電壓，並將該溫度檢測電壓之計算結果決定為控制目標電壓V0，並記憶於記憶體99中。而且，於磁感測器裝置10出廠後，比較器85以於每個磁感測器裝置10中設定之適當之控制目標電壓V0為基準控制開關元件83(通電控制部)。因此，即使每個磁感測器裝置10中之溫度監控用電阻膜47之電阻值有偏差，亦能夠適當地控制磁阻元件4之溫度。特別是於本形態中，由於將溫度監控用電阻膜47用作溫度監控用電阻元件，因此雖然電阻值易產生偏差，但只要根據本形態，即可適當地控制磁阻元件4之溫度。
又，於本形態中，由於溫度監控用電阻膜47與磁阻元件4形成於同一個元件基板40，因此能夠適當地監控磁阻元件4之溫度。又，由於將形成於元件基板40之加熱用電阻膜48用作加熱器，因此能夠高效率地加熱磁阻元件4。
進而，由於微電腦9具有測量環境溫度之溫度測量部97，因此即使不使用外部之溫度計，亦能夠計算控制目標電壓V0。
又，由於元件基板40與微電腦9安裝於同一個電路基板50上，因此能夠防止於設定控制目標電壓V0時，環境溫度與磁阻元件4之溫度產生大之差。
又，由於磁感測器裝置10具有與磁阻元件4對向旋轉之磁鐵20，因而能夠藉由空氣隨著磁鐵20旋轉而流動，使加熱用電阻膜48之熱量 均等地遍佈磁阻元件4。因此，能夠藉由加熱用電阻膜48高精度地控制磁阻元件4之溫度。
(另一實施形態)
於上述實施形態中，雖然於磁感測器裝置10出廠前，進行控制目標電壓設定步驟來設定了控制目標電壓V0，但亦可以於磁感測器裝置10出廠後，於預先指定之時序進行控制目標電壓設定步驟來設定控制目標電壓V0。例如，亦可於磁感測器裝置10之動作停止後，再次於使磁感測器裝置10動作之時序進行控制目標電壓設定步驟，從而設定控制目標電壓V0。
(其他實施形態)
於上述實施形態中，雖然作為感測器裝置例示了磁感測器裝置10，但亦可將本發明應用於光感測器裝置等其他感測器裝置。
於上述實施形態中，雖然作為溫度監控用電阻元件及加熱器使用了形成於元件基板40之電阻膜(溫度監控用電阻膜47及加熱用電阻膜48)，但亦可採用於電路基板50上搭載有溫度監控用電阻元件或加熱器之構造。
9‧‧‧微電腦
30‧‧‧放大器部
30(+A)‧‧‧放大器部
30(-A)‧‧‧放大器部
30(+B)‧‧‧放大器部
30(-B)‧‧‧放大器部
31、32‧‧‧霍爾元件用之放大器部
40‧‧‧元件基板
47‧‧‧溫度監控用電阻膜(溫度監控用電阻元件)
48‧‧‧加熱用電阻膜(加熱器)
80‧‧‧分壓電路
81、82‧‧‧霍爾元件
83‧‧‧開關元件(通電控制部)
84‧‧‧分壓電阻
85‧‧‧比較器
91‧‧‧A/D轉換部
92‧‧‧信號處理部
93‧‧‧D/A轉換部
94‧‧‧控制目標電壓設定部
96‧‧‧運算部
97‧‧‧溫度測量部
99‧‧‧記憶體
GND‧‧‧接地端子
GNDH‧‧‧接地端子
GNDS‧‧‧接地端子
VccH‧‧‧電源端子
VccH0‧‧‧電源端子
VccS‧‧‧電源端子
VccS0‧‧‧電源端子
+A‧‧‧輸出+A相用之輸出端子
-A‧‧‧輸出-A相用之輸出端子
+B‧‧‧輸出+B相用之輸出端子
-B‧‧‧輸出-B相用之輸出端子

Claims (19)

  1. 一種感測器裝置，其特徵在於，包括：元件基板，其設置有感測器元件；溫度監控用電阻元件，其監控上述感測器元件之溫度；加熱器，其加熱上述感測器元件；分壓電路，上述分壓電路之分壓電阻與上述溫度監控用電阻元件串聯電連接，並且上述分壓電路之兩端被施加定電壓；比較器，其將於上述分壓電路中藉由上述溫度監控用電阻元件與上述分壓電阻所分壓之溫度檢測電壓與控制目標電壓進行比較；通電控制部，其基於上述比較器之比較結果控制向上述加熱器之通電；及微電腦，其將上述溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓作為上述控制目標電壓輸出至上述比較器。
  2. 如請求項1之感測器裝置，其中上述溫度監控用電阻元件為溫度監控用電阻膜。
  3. 如請求項2之感測器裝置，其中上述溫度監控用電阻膜形成於上述元件基板。
  4. 如請求項3之感測器裝置，其中上述微電腦基於對上述分壓電路施加上述定電壓時之環境溫度、對上述分壓電路施加上述定電壓時之上述溫度檢測電壓、上述分壓電阻之電阻值、及上述溫度監控用電阻膜之電阻值之溫度係數，計算上述溫度監控用電阻膜變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓，並將上述溫度檢測電壓之計算結果作為上述控制目標電壓輸出至上述比較 器。
  5. 如請求項4之感測器裝置，其中上述微電腦具有測量上述環境溫度之溫度測量部。
  6. 如請求項5之感測器裝置，其具有記憶上述控制目標電壓之記憶體。
  7. 如請求項6之感測器裝置，其中於上述記憶體中記憶有於上述感測器裝置出廠前決定之上述控制目標電壓。
  8. 如請求項7之感測器裝置，其中上述加熱器為形成於上述元件基板之加熱用電阻膜。
  9. 如請求項8之感測器裝置，其中上述元件基板與上述微電腦係安裝於同一電路基板。
  10. 如請求項6之感測器裝置，其中於上述記憶體中記憶有於上述感測器裝置出廠後於預先指定之時序決定之上述控制目標電壓。
  11. 如請求項10之感測器裝置，其中上述加熱器為形成於上述元件基板之加熱用電阻膜。
  12. 如請求項11之感測器裝置，其中上述元件基板與上述微電腦係安裝於同一電路基板。
  13. 如請求項1至12中任一項之感測器裝置，其中上述感測器元件為具備形成於上述元件基板之磁阻膜之磁阻元件。
  14. 如請求項13之感測器裝置，其具有與上述磁阻元件對向旋轉之磁鐵。
  15. 如請求項4之感測器裝置，其具有記憶上述控制目標電壓之記憶體。
  16. 如請求項15之感測器裝置，其中於上述記憶體中記憶有於上述感測器裝置出廠前決定之上述控制目標電壓。
  17. 一種於感測器裝置之控制溫度方法，其特徵在於， 於上述感測器裝置設置如下部件：元件基板，其設置有感測器元件；溫度監控用電阻元件，其監控上述感測器元件之溫度；加熱器，其加熱上述感測器元件；分壓電路，上述分壓電路之分壓電阻與上述溫度監控用電阻元件串聯電連接，並且上述分壓電路之兩端被施加定電壓；比較器，其將於上述分壓電路中藉由上述溫度監控用電阻元件與上述分壓電阻所分壓之溫度檢測電壓與控制目標電壓進行比較；通電控制部，其基於上述比較器之比較結果控制向上述加熱器之通電；及微電腦，其將於上述溫度監控用電阻元件實際變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓作為上述控制目標電壓輸出至上述比較器；上述於感測器裝置之控制溫度方法係進行對上述分壓電路施加上述定電壓之控制目標電壓設定步驟，於該控制目標電壓設定步驟中，上述微電腦基於對上述分壓電路施加上述定電壓時之環境溫度、對上述分壓電路施加上述定電壓時之上述溫度檢測電壓、上述分壓電阻之電阻值、及上述溫度監控用電阻元件之電阻值之溫度係數，計算上述溫度監控用電阻元件變為預先設定溫度時之上述溫度檢測電壓，並將上述溫度檢測電壓之計算結果決定為上述控制目標電壓。
  18. 如請求項17之於感測器裝置之控制溫度方法，其中於上述感測器裝置出廠前，進行上述控制目標電壓設定步驟。
  19. 如請求項17之於感測器裝置之控制溫度方法，其中於上述感測器裝置出廠後，於預先指定之時序進行上述控制目標電壓設定步驟。
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