JPH0579143B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ａ 産業上の利用分野 本発明は、ガスレートセンサの温度制御装置に
関し、特に、電源投入時のケーシング内のガス温
度を基準として温度制御することにより、立上り
時間の短縮、温度制御に要する消費電力の低減化
等を得るための新規な改良に関する。

ｂ 従来の技術 従来、用いられていたこの種のガスレートセン
サとしては、種々の構成が採用されているが、そ
の中で代表的な構成について述べると、第３図に
示される通りである。

図において、符号１で示されるものは全体がほ
ぼ円筒状をなし、その両端が開放された形状から
なるケーシングであり、このケーシング１の各端
部は、ポンプホルダ２及び中継端子板３によつて
各々閉塞され、ケーシング１内が外部から遮断さ
れている。

このポンプホルダ２には、電歪形のセラミツク
円板からなる振動板４ａが設けられ、その周縁部
がポンプホルダ２に一体状に固着されることによ
つて、電歪振動ポンプ４が形成されいる。

又、このケーシング１の内部には、この振動板
４ａから所定距離だけ離間した位置に電極ホルダ
５が配置されている。

すなわち、電極ホルダ５には、複数のガス案内
孔５ａ及び５ｂが形成され、さらに、複数の電極
６ａ及び６ｂが、中心軸に対して対称的に配置さ
れている。これらの電極６ａ及び６ｂ間には、ホ
ツトワイヤ７ａ（実際には２本）が溶着によつて
接続されている。

さらに、前記ケーシング１内における前記中継
端子板３の近傍位置には、ノズル孔８及び補助孔
９を有するノズル板１０が設けられ、この中継端
子板３とノズル板１０との間には、それらのほぼ
中間位置にダストプレート１１が設けられてい
る。

前記電歪振動ポンプ４の振動板４ａと前記ポン
プホルダ２との間には、ポンプ室１２が形成され
ており、この電歪振動ポンプ４によつて送り出さ
れたガスは、吐出口４ｂ、吐出口４ｃ、ガス案内
孔５ａ及び５ｂを経てガス流路１３に送られる。

前記ケーシング１の中継端子板３の外方位置に
は、ICからなる信号処理回路部１４が設けられ、
この信号処理回路部１４は、外部から電力を受
け、又、外部へホツトワイヤ７ａ及び７ｂの出力
信号を取り出すための中継端子板３の中継端子１
５に接続されている。

又、前記中継端子３には、リードピン１６が設
けられ、このリードピン１６は外部ケーシング１
７に設けられた外部端子１８に接続されている。

さらに、前記ケーシング１の外周面には、ヒー
タ線１９が巻回され、断熱性の前記外部ケーシン
グ１７によつて保温されており、このケーシング
１の外周面には、図示しない温度検出素子が設け
られている。

従来のガスレートセンサは以上のように構成さ
れており、以下に、その動作について説明する。

まず、電歪振動ポンプ（気体ポンプ）４が通電
されると、振動板４ａが振動し、ポンプ室１２内
のガスが圧縮され、この圧縮ガスはこの振動板４
ａの吐出口４ｂ及び吐出口４ｃを介してガス流路
１３に流れ、ノズル板１０とダストプレート１１
との間に形成された空間に導かれ、ノズル孔８と
補助口９とを経て、ケーシング１内の中空円筒部
１ａ内の空間部１ｂ内を通過して各電極６ａ及び
６ｂに向つて噴出される。

前述の圧縮ガスは、各電極６ａ及び６ｂに溶着
されたホツトワイヤ７ａ（実際は複数）を均等に
冷却して通過する。この状態で、外部から角速度
運動がケーシング１に加わると、中空円筒部１ａ
内の空間部１ｂ内でガス流が偏向することによ
り、ホツトワイヤ７ａが不均等に冷却され、その
差が電圧として出力される。この出力電圧は、信
号処理回路部１４で増幅され、外部端子１８から
角速度信号として出力される。

前述のように、ガスレートセンサは、ホツトワ
イヤの冷却差で作動するものであるから、温度に
対しては極めて敏感であり、ヒータ線１９に通電
がなされ、外部より加わると予想される最高温度
よりも更に高い一定温度に制御することにより、
外部温度の変動による影響を防止している。

従つて、前記温度検出素子により、ケーシング
１内の温度を検出し、前述の一定温度となるよう
に、図示しない制御回路によつて制御を行つてい
た。

ｃ 発明が解決しようとする問題点 従来のガスレートセンサは、以上のように構成
されているたため、次のような問題点を有してい
た。

(1) 温度制御を行う場合、一般に加熱により相当
高温の一定温度に上昇させなければならないた
め、急激な温度変化により、各部品が熱的に平
衡状態に達するためには、相当の立上り時間を
必要とし、電源投入後、安定した角速度検出を
得るまで、待期しなければならず、立上り状態
の極めて悪いガスレートセンサしか得ることが
できなかつた。

(2) 又、ガスレートセンサは、外気温度変化によ
つて受ける影響が無視し得ないので、レートセ
ンサとして使用環境範囲が限定されることにな
つていた。

(3) 従つて、第２項に述べた問題点に対応するた
めには、レートセンサとして使用する温度範囲
以上の高温状態でも十分に耐えられるような部
品を用いなければならず、大幅なコストアツプ
を招いた。

(4) 一定レベルに加熱するには構造面で保温につ
いて工夫を要した。特に、保温が悪いとセンサ
自体の温度勾配が発生し、性能の低下を招くた
めである。

(5) 温度制御において、一定の高温に短時間に到
達させるためには、電源投入初期に大きな電力
を必要とし、このガスレートセンサを用いたシ
ステムの電源容量もそれだけレートセンサの用
途が消費電力面でも限定される。

本発明は、以上のような問題点を解決するため
になされたもので、特に、電源投入時のケーシン
グ内温度に維持することにより、立上り時間の短
縮、温度制御に要する消費電力の低減化等を得る
ことができるガスレートセンサの温度制御装置を
得ることを目的とする。

ｄ 問題点を解決するための手段 本発明によるガスレートセンサの温度制御装置
は、ケーシング内に設けられたガスを循環させる
ための気体ポンプと、前記気体ポンプに隣接して
設けられた電極ホルダと、前記電極ホルダに対向
して設けられ、ノズルを有するノズル板とを備え
たガスレートセンサにおいて、前記ケーシング内
に設けられた温度加熱冷却素子と、前記温度加熱
冷却素子及び前記温度検出素子に接続され、前記
温度加熱冷却素子を制御するための温度制御回路
部と、前記温度制御回路部に設けられた少なくと
もサンプルホールド回路及び比較回路とを備え、
電源投入時において前記温度検出素子によつて検
出されたガス温度信号が前記サンプルホールド回
路にて基準温度として記憶され、その後時間経過
により発生する前記ガス温度信号と前記基準温度
との差を前記比較回路で得て前記温度加熱冷却素
子を介して前記ガスの温度を前記基準温度に制御
するようにした構成である。

ｅ 作用 本発明におけるガスレートセンサの温度制御装
置においては、ガスレートセンサの電源を投入し
た時におけるケーシング内の温度が、温度検出素
子によつて検出され、その検出温度を基準とし
て、温度制御回路部が温度加熱冷却素子の作用を
制御し、その検出温度になるようにケーシング内
が保たれる。

従つて、ケーシング内の温度が従来のように、
プリセツトして温度制御されるのではなく、電源
投入時の温度を基準として、その後もこの温度を
保つように制御するため、ガスレートセンサの立
上り時間を最短状態とすることができ、電源投入
とほぼ同時に、ガスレートセンサの動作を立上げ
ることができる。

そのため、立上りに要する消費電力を大幅に少
なくすることができ、低消費電力形のガスレート
センサを得ることができる。

ｆ 実施例 以下、図面と共に本発明によるガスレートセン
サの温度制御装置の好適な実施例について、詳細
に説明する。

尚、第３図で示す従来例と同一部分には、同一
符号を付し、その説明は重複を避けるため省略す
る。

第１図において、第３図の従来例と異なる本発
明による実施例について説明すると、電歪振動ポ
ンプ（気体ポンプ）４に隣接するケーシング１の
端部には、サーモモジユールからなる温度加熱冷
却素子２０が設けられ、この温度加熱冷却素子２
０には、放熱板２１が接合した状態で設けられて
いる。

さらに、内部が真空状態に保持された前記ケー
シング１の壁部には、その長手方向に沿つて真空
部１ｃが形成されており、従来構成のように外部
ケーシングを用いることなく、断熱構造に構成さ
れている。又、前記ダストプレート１１の内部側
には、サーミスタからなる温度検出素子２２が設
けられ、この温度検出素子２２は、ガスが流れる
通路であるガス流路１３内に面して配設されてい
る。

次に、第２図に示す構成は、温度制御回路部２
３を示すブロツク図であり、ガスレートセンサ２
４に設けられた温度検出素子２２のガス温度信号
GSは、サンプルホールド回路２５及び比較回路
２６に入力され、この比較回路２６の出力は、増
幅器２７を経て、三角波発振器２８が接続された
PWM変調回路２９に入力されている。

このPWM変調回路２９の出力信号は、スイツ
チング回路３０を経て温度加熱冷却素子２０に入
力されている。

本発明によるガスレートセンサの温度制御装置
は、前述したように構成されており、以下に、そ
の動作について説明する。

まず、電源（図示せず）が投入されると、振動
板４ａが振動し、ポンプ室１２内のガスが圧縮さ
れ、この圧縮ガスはこの振動板４ａの吐出口４ｂ
及び４ｃを介してガス流路１３に流れ、温度検出
素子２２を通過し、ノズル孔８と補助口９を経
て、ケーシング１内の中空円筒部１ａ内の空間部
１ｂを通過して各電極６ａ及び６ｂに向つて噴出
する。従つて、ガスの循環供給が開始される。

一方、前記電源の投入と同時に、温度検出素子
２２は、ケーシング１内のガス温度を検出し、こ
の検出されたガス温度信号GSが、サンプルホー
ルド回路２５に入力され、このガス温度信号GS
の検出温度が基準温度として記憶される。

その後、自己発熱及び周囲環境温度の時間経過
と共に発生する温度変化は、比較回路２６で前記
基準温度との差が差電圧として検出され、増幅回
路２７、PWM変調回路２９及びスイツチング回
路３０を経て、サーモモジユールからなる温度加
熱冷却素子２０に入力され、前述の基準温度より
もガス温度が高くなれば、冷却作用をなし、逆
に、基準温度よりもガス温度が低くなれば、加熱
作用をなし、常に、前述の基準温度になるように
制御される。

前述のようにして、ケーシング１内が基準温度
に保たれ、定温状態のガスが流過する状態におい
て、外部から角速度運動がケーシング１に加わる
と、空間部１ｂ内のガス流が偏向することによ
り、ホツトワイヤ７ａが不均等に冷却され、その
差が電圧として出力される。この出力電圧は、信
号処理回路部１４で増幅され、外部端子１８から
角速度信号として出力される。

従つて、ケーシング１内に封止されたガスの温
度を電源投入時に検出して、この検出温度でガス
温度を制御するため、ホツトワイヤ７ａは、ガス
中で温度的に極めて安定した条件下に置かれるこ
とになり、極めて安定した対温度特性が得られ
る。

尚、温度加熱冷却素子としては、サーモモジユ
ールを用いたが、他の好適な素子を用いた場合も
同等の作用効果が得られることは、述べるまでも
ないことである。

ｇ 発明の効果 本発明によるガスレートセンサの温度制御装置
は、以上のように構成されているため、次のよう
な種々の効果を得ることができる。

(1) ガスレートセンサの電源オン時におけるガス
温度を基準として、その後のガス温度を制御す
るため、ガスレートセンサの出力信号の安定性
を得るためのウオーミングアツプに要する時間
が大幅に短縮化され、電源投入直後から、正常
な動作を得ることができる。

(2) 従つて、立上り時間の短縮化により、温度制
御に要する消費電力を大幅に低減することが可
能となり、低消費電力形のガスレートセンサを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、本発明によるガスレート
センサの温度制御装置を示すためのもので、第１
図は全体構成を示す断面図、第２図は温度制御回
路部を示すブロツク図、第３図は従来のガスレー
トセンサを示す断面図である。 １はケーシング、１ｃは真空層、４は電歪振動
ポンプ（気体ポンプ）、５は電極ホルダ、８はノ
ズル、１０はノズル板、１３はガス流路、２０は
温度加熱冷却素子、２２は温度検出素子、２３は
温度制御回路部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ケーシング１内に設けられガスを循環させる
   ための気体ポンプ４と、前記気体ポンプ４に隣接
   して設けられた電極ホルダ５と、前記電極ホルダ
   ５に対向して設けられ、ノズル８を有するノズル
   板１０とを備えたガスレートセンサにおいて、前
   記ケーシング１に設けられた温度加熱冷却素子２
   ０と、前記ケーシング１内に設けられた温度検出
   素子２２と、前記温度加熱冷却素子２０及び前記
   温度検出素子２２に接続され、前記温度加熱冷却
   素子２０を制御するための温度制御回路部２３
   と、前記温度制御回路部２３に設けられた少なく
   ともサンプルホールド回路２５及び比較回路２６
   とを備え、電源投入時において前記温度検出素子
   ２２によつて検出されたガス温度信号GSの検出
   温度が前記サンプルホールド回路２５にて基準温
   度として記憶され、その後の時間経過により発生
   する前記検出温度と前記基準温度との差を前記比
   較回路２６で得て前記温度加熱冷却素子２０を介
   して前記ガスの温度を前記基準温度に制御するよ
   うに構成したことを特徴とするガスレートセンサ
   の温度制御装置。 ２ 前記温度加熱冷却素子２０は、前記ケーシン
   グ１の端部に設けられたサーモモジユールからな
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ガスレートセンサの温度制御装置。 ３ 前記温度検出素子２２は、前記ケーシング１
   内のガス流路１３に面して設けられていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載
   のガスレートセンサの温度制御装置。 ４ 前記ケーシング１は、真空層１ｃを有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項
   の何れかに記載のガスレートセンサの温度制御装
   置。