JPH0961259A - サーミスタを用いた熱的変量の測定方法 - Google Patents
サーミスタを用いた熱的変量の測定方法Info
- Publication number
- JPH0961259A JPH0961259A JP7219115A JP21911595A JPH0961259A JP H0961259 A JPH0961259 A JP H0961259A JP 7219115 A JP7219115 A JP 7219115A JP 21911595 A JP21911595 A JP 21911595A JP H0961259 A JPH0961259 A JP H0961259A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thermistor
- pulse
- measurement
- voltage
- thermal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Radiation Pyrometers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】サーミスタの自己発熱による温度上昇を抑制し
て測定の精度の向上とサーミスタの損傷や劣化などの不
具合の発生を防止する。 【解決手段】サーミスタ１には１回の測定毎に５回のパ
ルス電圧が印加される。そして、各パルス電圧の印加毎
にサーミスタ１における電圧降下を測定してその時点に
おけるサーミスタ１の温度（赤外線の入射量）を測定す
る。ここで、上記パルス電圧のパルス幅ｔは０．５ｍ
ｓ、パルス電圧が印加されないオフ時間Ｔof f は４００
ｍｓに設定されている。したがって、パルス電圧が印加
されるオン時間（＝ｔ）におけるサーミスタ１の自己発
熱による温度上昇分は上記オフ時間Ｔ off 中に打ち消さ
れてしまい、上記測定毎のパルスの印加回数範囲内では
サーミスタ１の温度が所定の閾値温度を越えて上昇する
のを抑制でき、測定の精度の向上とサーミスタ１の損傷
や劣化などの不具合の発生が防止できる。
て測定の精度の向上とサーミスタの損傷や劣化などの不
具合の発生を防止する。 【解決手段】サーミスタ１には１回の測定毎に５回のパ
ルス電圧が印加される。そして、各パルス電圧の印加毎
にサーミスタ１における電圧降下を測定してその時点に
おけるサーミスタ１の温度（赤外線の入射量）を測定す
る。ここで、上記パルス電圧のパルス幅ｔは０．５ｍ
ｓ、パルス電圧が印加されないオフ時間Ｔof f は４００
ｍｓに設定されている。したがって、パルス電圧が印加
されるオン時間（＝ｔ）におけるサーミスタ１の自己発
熱による温度上昇分は上記オフ時間Ｔ off 中に打ち消さ
れてしまい、上記測定毎のパルスの印加回数範囲内では
サーミスタ１の温度が所定の閾値温度を越えて上昇する
のを抑制でき、測定の精度の向上とサーミスタ１の損傷
や劣化などの不具合の発生が防止できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、サーミスタを用い
て温度のような熱的変量の測定を行う測定方法に関する
ものである。
て温度のような熱的変量の測定を行う測定方法に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】サーミスタは、温度によって抵抗値が変
化する素子あるいはデバイスであって、材料としては半
導体や金属が使用されており、その結晶学的形態も単結
晶や多結晶、セラミックス、非晶質と様々であり、ま
た、形状もバルク、厚膜、薄膜と種々のものが提供され
ている。
化する素子あるいはデバイスであって、材料としては半
導体や金属が使用されており、その結晶学的形態も単結
晶や多結晶、セラミックス、非晶質と様々であり、ま
た、形状もバルク、厚膜、薄膜と種々のものが提供され
ている。
【０００３】そして、従来より、上記性質を利用してサ
ーミスタの抵抗値変化により温度を測定するようにした
温度センサや、さらに、このような温度ンサを応用して
検知対象の変化によって生じる温度変化を検知すること
を原理とした、赤外線センサや流量センサ、流速センサ
といった熱的なセンサにサーミスタが利用されていた。
このような熱的センサでは、その感度や応答速度を向上
させたり小型化を図るために、サーミスタの小型化や薄
膜化が図られており、例えば、マイクロマシニングを利
用して、サーミスタをシリコン基板から熱的に絶縁され
たブリッジ状の構造体の上に設置するようにした熱的セ
ンサも提案されている。この熱的センサは、非常に小さ
くかつ高感度、高速応答であるので、幅広い分野におけ
る利用が期待されている。
ーミスタの抵抗値変化により温度を測定するようにした
温度センサや、さらに、このような温度ンサを応用して
検知対象の変化によって生じる温度変化を検知すること
を原理とした、赤外線センサや流量センサ、流速センサ
といった熱的なセンサにサーミスタが利用されていた。
このような熱的センサでは、その感度や応答速度を向上
させたり小型化を図るために、サーミスタの小型化や薄
膜化が図られており、例えば、マイクロマシニングを利
用して、サーミスタをシリコン基板から熱的に絶縁され
たブリッジ状の構造体の上に設置するようにした熱的セ
ンサも提案されている。この熱的センサは、非常に小さ
くかつ高感度、高速応答であるので、幅広い分野におけ
る利用が期待されている。
【０００４】ここで、サーミスタの抵抗値あるいは抵抗
値変化の測定は、サーミスタ抵抗に一定の電流を印加し
てその両端に生じる電圧降下を検出したり、逆に一定電
圧を印加してサーミスタに流れる電流や電流変化を検出
することで行われる。あるいはまた、検知対象の変化に
よって生じる温度変化を検知することを原理とした熱的
なセンサ等では、検出用のサーミスタと直列に同一特性
を持つ補償用サーミスタを接続し、この直列回路の両端
に一定電圧または一定電流を印加しておき、二つのサー
ミスタの接続点の電位変化を検出するようにして雰囲気
温度の補正を行うようにした測定方法もある。
値変化の測定は、サーミスタ抵抗に一定の電流を印加し
てその両端に生じる電圧降下を検出したり、逆に一定電
圧を印加してサーミスタに流れる電流や電流変化を検出
することで行われる。あるいはまた、検知対象の変化に
よって生じる温度変化を検知することを原理とした熱的
なセンサ等では、検出用のサーミスタと直列に同一特性
を持つ補償用サーミスタを接続し、この直列回路の両端
に一定電圧または一定電流を印加しておき、二つのサー
ミスタの接続点の電位変化を検出するようにして雰囲気
温度の補正を行うようにした測定方法もある。
【０００５】さらにまた、ブリッジ回路のブリッジの２
辺に固定抵抗を、他の１辺に検出用のサーミスタを、残
りの１辺に検出用のサーミスタと同一特性を持つ補償用
サーミスタを接続し、ブリッジの両端に一定電圧を印加
して２つの固定抵抗の接続点と２つのサーミスタの接続
点の電位差を検出するようにして、電源ノイズの低減、
雰囲気温度の補正を行うようにした測定方法もある。
辺に固定抵抗を、他の１辺に検出用のサーミスタを、残
りの１辺に検出用のサーミスタと同一特性を持つ補償用
サーミスタを接続し、ブリッジの両端に一定電圧を印加
して２つの固定抵抗の接続点と２つのサーミスタの接続
点の電位差を検出するようにして、電源ノイズの低減、
雰囲気温度の補正を行うようにした測定方法もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の測定
方法では、サーミスタにはほぼ一定の電流あるいは電圧
が印加されているが、サーミスタでは、その抵抗値を
Ｒ、電流値をｉあるいは電圧降下をｖとすると、Ｗ＝ｉ
2 Ｒ＝ｖ2 ／Ｒで表される電力消費があり、これによっ
てサーミスタが自己発熱することになる。この自己発熱
によるサーミスタの温度上昇をΔＴとすると、上記消費
電力Ｗとの間にＣ（ｄΔＴ／ｄｔ）＋ＧΔＴ＝Ｗで示さ
れる熱平衡の状態が存在する。ここで、Ｃは熱容量、Ｇ
は熱コンダクタンス（熱抵抗の逆数）である。定常状態
では、ｄΔＴ／ｄｔ＝０となるから、上記熱平衡の式は
ΔＴ＝Ｗ／Ｇとなり、熱時定数τはτ＝Ｃ／Ｇで表され
る。なお、熱時定数τとはサーミスタの所定の温度上昇
あるいは下降に要する時間を表している。通常では上記
サーミスタの自己発熱量は測定しようする温度に対して
比較的に小さく測定に影響はないが、非常に精密な測定
をする場合には、このようなサーミスタの自己発熱によ
る僅かな温度上昇が問題となってくる。
方法では、サーミスタにはほぼ一定の電流あるいは電圧
が印加されているが、サーミスタでは、その抵抗値を
Ｒ、電流値をｉあるいは電圧降下をｖとすると、Ｗ＝ｉ
2 Ｒ＝ｖ2 ／Ｒで表される電力消費があり、これによっ
てサーミスタが自己発熱することになる。この自己発熱
によるサーミスタの温度上昇をΔＴとすると、上記消費
電力Ｗとの間にＣ（ｄΔＴ／ｄｔ）＋ＧΔＴ＝Ｗで示さ
れる熱平衡の状態が存在する。ここで、Ｃは熱容量、Ｇ
は熱コンダクタンス（熱抵抗の逆数）である。定常状態
では、ｄΔＴ／ｄｔ＝０となるから、上記熱平衡の式は
ΔＴ＝Ｗ／Ｇとなり、熱時定数τはτ＝Ｃ／Ｇで表され
る。なお、熱時定数τとはサーミスタの所定の温度上昇
あるいは下降に要する時間を表している。通常では上記
サーミスタの自己発熱量は測定しようする温度に対して
比較的に小さく測定に影響はないが、非常に精密な測定
をする場合には、このようなサーミスタの自己発熱によ
る僅かな温度上昇が問題となってくる。
【０００７】また、上記熱的センサの感度や応答速度を
向上させたり小型化を図るために、サーミスタの小型
化、薄膜化を図ったような場合には、サーミスタの熱抵
抗が非常に大きくなるために、通常問題とならないよう
な抵抗値、電流値であってもサーミスタの自己発熱によ
る温度上昇による影響が大きくなってしまう。また、そ
のように小型化及び薄膜化されたサーミスタでは、その
熱容量Ｃが非常に小さくなるために熱時定数τも小さく
なり、自己発熱による温度上昇が短時間のうちに生じて
しまい、対象とする熱的変量の正しい測定が難しくなる
ばかりでなく、サーミスタを含めた素子の損傷、破壊、
劣化といった問題を引き起こす。特に、大きな抵抗変化
係数が得られるという理由から頻繁に用いられるＮＴＣ
サーミスタ（負特性サーミスタ）に定電圧を印加するよ
うな測定方法の場合、サーミスタの自己発熱による温度
上昇とともにサーミスタの抵抗値が下がり、それによっ
てさらに発熱量が増加するので、問題はより深刻とな
る。
向上させたり小型化を図るために、サーミスタの小型
化、薄膜化を図ったような場合には、サーミスタの熱抵
抗が非常に大きくなるために、通常問題とならないよう
な抵抗値、電流値であってもサーミスタの自己発熱によ
る温度上昇による影響が大きくなってしまう。また、そ
のように小型化及び薄膜化されたサーミスタでは、その
熱容量Ｃが非常に小さくなるために熱時定数τも小さく
なり、自己発熱による温度上昇が短時間のうちに生じて
しまい、対象とする熱的変量の正しい測定が難しくなる
ばかりでなく、サーミスタを含めた素子の損傷、破壊、
劣化といった問題を引き起こす。特に、大きな抵抗変化
係数が得られるという理由から頻繁に用いられるＮＴＣ
サーミスタ（負特性サーミスタ）に定電圧を印加するよ
うな測定方法の場合、サーミスタの自己発熱による温度
上昇とともにサーミスタの抵抗値が下がり、それによっ
てさらに発熱量が増加するので、問題はより深刻とな
る。
【０００８】本発明は上記問題に鑑みて為されたもので
あり、その目的とするところは、サーミスタの自己発熱
による温度上昇を抑制して測定の精度の向上とサーミス
タの損傷や劣化などの不具合の発生を防止できるサーミ
スタを用いた熱的変量の測定方法を提供しようとするも
のである。
あり、その目的とするところは、サーミスタの自己発熱
による温度上昇を抑制して測定の精度の向上とサーミス
タの損傷や劣化などの不具合の発生を防止できるサーミ
スタを用いた熱的変量の測定方法を提供しようとするも
のである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するために、抵抗値変化を検出するためにサ
ーミスタに印加する電流あるいは電圧を所定のパルス幅
を有するパルス電流あるいはパルス電圧とし、サーミス
タの自己発熱による温度上昇が所定の閾値以下となるよ
うにサーミスタの特性と印加される電流あるいは電圧と
により決まる値よりも小さい値に上記パルス幅を設定し
たのであり、自己発熱によるサーミスタの温度上昇は上
記所定の閾値以下に抑えられることになり、精密な温度
測定や熱的変量の測定精度の向上が図れ、サーミスタの
損傷や劣化などの不具合の発生も防止できる。
目的を達成するために、抵抗値変化を検出するためにサ
ーミスタに印加する電流あるいは電圧を所定のパルス幅
を有するパルス電流あるいはパルス電圧とし、サーミス
タの自己発熱による温度上昇が所定の閾値以下となるよ
うにサーミスタの特性と印加される電流あるいは電圧と
により決まる値よりも小さい値に上記パルス幅を設定し
たのであり、自己発熱によるサーミスタの温度上昇は上
記所定の閾値以下に抑えられることになり、精密な温度
測定や熱的変量の測定精度の向上が図れ、サーミスタの
損傷や劣化などの不具合の発生も防止できる。
【００１０】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、上記サーミスタを薄膜状に形成するとともに支持基
板上に熱的絶縁手段を介して設けたものであり、精密な
温度測定や熱的変量の測定精度の向上が図れ、サーミス
タの損傷や劣化などの不具合の発生も防止できる。請求
項３の発明は、請求項１又は２の発明において、熱的変
量の測定においてサーミスタに印加するパルス電流ある
いはパルス電圧の個数を測定毎に少なくとも２つ以上と
し、各パルス電流あるいはパルス電圧を印加して得られ
るサーミスタの抵抗値に応じた測定値毎のばらつきを補
正するものであり、特に、パルス周波数が高い場合やパ
ルス幅が短い場合に、測定値のばらつきが修正されるこ
とになり、１パルスだけを印加する測定に比べて測定の
信頼牲を向上させることができる。
て、上記サーミスタを薄膜状に形成するとともに支持基
板上に熱的絶縁手段を介して設けたものであり、精密な
温度測定や熱的変量の測定精度の向上が図れ、サーミス
タの損傷や劣化などの不具合の発生も防止できる。請求
項３の発明は、請求項１又は２の発明において、熱的変
量の測定においてサーミスタに印加するパルス電流ある
いはパルス電圧の個数を測定毎に少なくとも２つ以上と
し、各パルス電流あるいはパルス電圧を印加して得られ
るサーミスタの抵抗値に応じた測定値毎のばらつきを補
正するものであり、特に、パルス周波数が高い場合やパ
ルス幅が短い場合に、測定値のばらつきが修正されるこ
とになり、１パルスだけを印加する測定に比べて測定の
信頼牲を向上させることができる。
【００１１】請求項４の発明は、請求項３の発明におい
て、測定毎に所定の周期にてサーミスタに印加されるパ
ルス電流あるいはパルス電圧の印加されないオフ時間
を、測定毎に印加されるパルス数の自然対数にサーミス
タの熱時定数を乗算した値よりも大きい値とするもので
あり、パルス電流あるいはパルス電圧が印加されるオン
時間におけるサーミスタの自己発熱による温度上昇分は
上記オフ時間中に打ち消されてしまい、上記測定毎のパ
ルスの印加回数範囲内ではサーミスタの温度が所定の閾
値温度を越えて上昇していくことが防止できる。
て、測定毎に所定の周期にてサーミスタに印加されるパ
ルス電流あるいはパルス電圧の印加されないオフ時間
を、測定毎に印加されるパルス数の自然対数にサーミス
タの熱時定数を乗算した値よりも大きい値とするもので
あり、パルス電流あるいはパルス電圧が印加されるオン
時間におけるサーミスタの自己発熱による温度上昇分は
上記オフ時間中に打ち消されてしまい、上記測定毎のパ
ルスの印加回数範囲内ではサーミスタの温度が所定の閾
値温度を越えて上昇していくことが防止できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の最適な実施形態を図面を
参照して詳細に説明する。図２は本発明に係る測定方法
が適用されるサーミスタを用いた赤外線センサの検知部
の構造を示す側面断面図である。図２に示すように、こ
の赤外線センサの検出部Ａはマイクロマシニングを利用
して形成されるものであり、非晶質半導体薄膜から成る
サーミスタ１を、シリコン基板２の表面に酸化シリコン
により形成されたブリッジ構造の熱絶縁部３上に設けて
あり、この熱絶縁部３によってサーミスタ１は支持基板
であるシリコン基板２と熱的に絶縁されている。さら
に、このサーミスタ１の上下を挟むようにして金属電極
４が形成されており、これら金属電極４の端部にはサー
ミスタ１への電圧（あるいは電流）印加を行うために電
極端子部５が設けてある。また、サーミスタ１及び金属
電極４は赤外線吸収層６により覆われ、さらに、雰囲気
ガスヘの熱伝導による熱コンダクタンスの増加を防ぐた
め、内部を真空に保った金属パッケージ７内に納装され
ている。金属パッケージ７の検出部Ａと対向する箇所に
開口窓８が設けられており、その開口窓８は特定の波長
の赤外線を選択的に透過させるフィルタ９により閉塞さ
れており、検知される赤外線はそのフィルタ９を通って
検出部Ａに入射する。そして、入射した赤外線は赤外線
吸収層６で吸収されて検出部Ａの温度を上昇させ、それ
によって検出部Ａの温度変化をサーミスタ１の抵抗変化
として検出することにより、赤外線の検出が行われるの
である。なお、本実施形態における上記検出部Ａの外形
寸法は一辺が約０．２ｍｍ、厚みが約３μｍであり、こ
のときの検出部Ａの熱容量が約２×１０-7（Ｊ／℃）、
熱コンダクタンスが約１×１０-6（Ｗ／℃）、また、サ
ーミスタ１の抵抗値が常温（２５℃）で約５０ｋΩであ
る。
参照して詳細に説明する。図２は本発明に係る測定方法
が適用されるサーミスタを用いた赤外線センサの検知部
の構造を示す側面断面図である。図２に示すように、こ
の赤外線センサの検出部Ａはマイクロマシニングを利用
して形成されるものであり、非晶質半導体薄膜から成る
サーミスタ１を、シリコン基板２の表面に酸化シリコン
により形成されたブリッジ構造の熱絶縁部３上に設けて
あり、この熱絶縁部３によってサーミスタ１は支持基板
であるシリコン基板２と熱的に絶縁されている。さら
に、このサーミスタ１の上下を挟むようにして金属電極
４が形成されており、これら金属電極４の端部にはサー
ミスタ１への電圧（あるいは電流）印加を行うために電
極端子部５が設けてある。また、サーミスタ１及び金属
電極４は赤外線吸収層６により覆われ、さらに、雰囲気
ガスヘの熱伝導による熱コンダクタンスの増加を防ぐた
め、内部を真空に保った金属パッケージ７内に納装され
ている。金属パッケージ７の検出部Ａと対向する箇所に
開口窓８が設けられており、その開口窓８は特定の波長
の赤外線を選択的に透過させるフィルタ９により閉塞さ
れており、検知される赤外線はそのフィルタ９を通って
検出部Ａに入射する。そして、入射した赤外線は赤外線
吸収層６で吸収されて検出部Ａの温度を上昇させ、それ
によって検出部Ａの温度変化をサーミスタ１の抵抗変化
として検出することにより、赤外線の検出が行われるの
である。なお、本実施形態における上記検出部Ａの外形
寸法は一辺が約０．２ｍｍ、厚みが約３μｍであり、こ
のときの検出部Ａの熱容量が約２×１０-7（Ｊ／℃）、
熱コンダクタンスが約１×１０-6（Ｗ／℃）、また、サ
ーミスタ１の抵抗値が常温（２５℃）で約５０ｋΩであ
る。
【００１３】一方、この赤外線センサの回路構成は図３
に示すようなものである。検出部Ａのサーミスタ１とそ
れと同一の特性を持ち入射赤外線から遮蔽されている補
償用サーミスタ１０が直列に接続されている。そして、
この直列回路の両端には、電圧源としてパルス電圧を印
加することができる電源１１が接続され、さらに、２つ
のサーミスタ１の接続点には電位検出演算回路１２が接
続されている。また、これら電源１１及び電位検出演算
回路１２にはパルス発生回路１３が接続されており、電
源１１はパルス発生回路１３からの信号に従った電圧パ
ルスを発生する。他方、電位検出演算回路１２は、パル
ス発生回路１３からの信号に従ってサーミスタ１と補償
用サーミスタ１０の接続点の電位を測定すると共に、得
られた測定データから所定の演算処理を行ない、その結
果を測定値として出力端子１４から外部にアウトプット
する。
に示すようなものである。検出部Ａのサーミスタ１とそ
れと同一の特性を持ち入射赤外線から遮蔽されている補
償用サーミスタ１０が直列に接続されている。そして、
この直列回路の両端には、電圧源としてパルス電圧を印
加することができる電源１１が接続され、さらに、２つ
のサーミスタ１の接続点には電位検出演算回路１２が接
続されている。また、これら電源１１及び電位検出演算
回路１２にはパルス発生回路１３が接続されており、電
源１１はパルス発生回路１３からの信号に従った電圧パ
ルスを発生する。他方、電位検出演算回路１２は、パル
ス発生回路１３からの信号に従ってサーミスタ１と補償
用サーミスタ１０の接続点の電位を測定すると共に、得
られた測定データから所定の演算処理を行ない、その結
果を測定値として出力端子１４から外部にアウトプット
する。
【００１４】ところで、図５（ａ）に示すように上記赤
外線センサのサーミスタ１に従来例と同様に２Ｖの定電
圧を印加して測定する場合には、サーミスタ１の自己発
熱による温度上昇は約８０℃にも達する（図５（ｃ）参
照）。そこで、本発明は、サーミスタ１に印加する電圧
（あるいは電流）を所定のパルス幅を有するパルス電圧
（あるいはパルス電流）とし、さらに、サーミスタ１の
自己発熱による温度上昇が所定の閾値以下となるよう
に、サーミスタ１の特性と、印加されるパルス電圧（あ
るいはパルス電流）とにより決まる値よりも小さい値に
上記パルス幅を設定している。すなわち、本実施形態に
おいては、図１（ａ）に示すように電源１１からゼロ−
ピーク値２Ｖ、パルス幅０．５ｍｓ、パルス間隔４００
ｍｓの矩形波のパルス電圧を発生させ、１回の測定で５
回のパルス電圧（パルスの個数として５個）をサーミス
タ１に印加しており、同図（ｂ）に示すようなパルス状
の電流がサーミスタ１に流れることになる。ここで、こ
の赤外線センサを用いて人体から放射される赤外線の検
出による人体検知を行う場合、金属パッケージ７の開口
窓８からフィルタ９を通して入射し検出部Ａの赤外線吸
収層６に吸収されるエネルギーはおよそ０．３μＷ、こ
の赤外線の入射による検出部Ａ（サーミスタ１）の温度
上昇は約０．３℃と推定される。一方、このようなパル
ス電圧を印加した場合、検出部Ａの熱時定数τはおよそ
２００ｍｓであるから、図１（ｃ）に示すようにパルス
幅が０．５ｍｓ時であるときのサーミスタ１の温度上昇
は約０．２℃となり、赤外線の入射による検出部Ａの温
度上昇分０．３℃よりも低く保つことができる。また、
パルス電圧を５回繰り返して印加した場合の温度上昇も
約０．１４℃となり、これも赤外線の入射による検出部
Ａの温度上昇０．３℃よりも低くすることが可能となっ
ている。
外線センサのサーミスタ１に従来例と同様に２Ｖの定電
圧を印加して測定する場合には、サーミスタ１の自己発
熱による温度上昇は約８０℃にも達する（図５（ｃ）参
照）。そこで、本発明は、サーミスタ１に印加する電圧
（あるいは電流）を所定のパルス幅を有するパルス電圧
（あるいはパルス電流）とし、さらに、サーミスタ１の
自己発熱による温度上昇が所定の閾値以下となるよう
に、サーミスタ１の特性と、印加されるパルス電圧（あ
るいはパルス電流）とにより決まる値よりも小さい値に
上記パルス幅を設定している。すなわち、本実施形態に
おいては、図１（ａ）に示すように電源１１からゼロ−
ピーク値２Ｖ、パルス幅０．５ｍｓ、パルス間隔４００
ｍｓの矩形波のパルス電圧を発生させ、１回の測定で５
回のパルス電圧（パルスの個数として５個）をサーミス
タ１に印加しており、同図（ｂ）に示すようなパルス状
の電流がサーミスタ１に流れることになる。ここで、こ
の赤外線センサを用いて人体から放射される赤外線の検
出による人体検知を行う場合、金属パッケージ７の開口
窓８からフィルタ９を通して入射し検出部Ａの赤外線吸
収層６に吸収されるエネルギーはおよそ０．３μＷ、こ
の赤外線の入射による検出部Ａ（サーミスタ１）の温度
上昇は約０．３℃と推定される。一方、このようなパル
ス電圧を印加した場合、検出部Ａの熱時定数τはおよそ
２００ｍｓであるから、図１（ｃ）に示すようにパルス
幅が０．５ｍｓ時であるときのサーミスタ１の温度上昇
は約０．２℃となり、赤外線の入射による検出部Ａの温
度上昇分０．３℃よりも低く保つことができる。また、
パルス電圧を５回繰り返して印加した場合の温度上昇も
約０．１４℃となり、これも赤外線の入射による検出部
Ａの温度上昇０．３℃よりも低くすることが可能となっ
ている。
【００１５】上述のように、本発明に係る測定方法は、
サーミスタ１に印加する電流または電圧をパルス状と
し、そのパルス幅を、サーミスタ１の自己発熱による温
度上昇が所定の閾値（例えば、所定の赤外線入射量に対
するサーミスタ１の温度上昇分）以下となるよう、印加
電圧または電流、サーミスタ１の抵抗値、サーミスタ１
の熱抵抗、熱容量から決まる値（時間）よりも短く設定
しているので、サーミスタ１の自己発熱による温度上昇
が、目的に応じて設定した上記閾値よりも高くなる前に
印加電流または電圧がオフされる（流れなくなる）こと
になる。よって、サーミスタ１の自己発熱による温度上
昇は問題ないレベルに保たれることになるので、精密な
温度測定や対象とする物理量の正しい検出が可能とな
り、あるいはまた素子の損傷、破壊、劣化といった問題
もなくなるという利点がある。
サーミスタ１に印加する電流または電圧をパルス状と
し、そのパルス幅を、サーミスタ１の自己発熱による温
度上昇が所定の閾値（例えば、所定の赤外線入射量に対
するサーミスタ１の温度上昇分）以下となるよう、印加
電圧または電流、サーミスタ１の抵抗値、サーミスタ１
の熱抵抗、熱容量から決まる値（時間）よりも短く設定
しているので、サーミスタ１の自己発熱による温度上昇
が、目的に応じて設定した上記閾値よりも高くなる前に
印加電流または電圧がオフされる（流れなくなる）こと
になる。よって、サーミスタ１の自己発熱による温度上
昇は問題ないレベルに保たれることになるので、精密な
温度測定や対象とする物理量の正しい検出が可能とな
り、あるいはまた素子の損傷、破壊、劣化といった問題
もなくなるという利点がある。
【００１６】ただし、上述のようにサーミスタ１への電
圧印加をパルス的に行う場合、サーミスタ１の自己発熱
による温度上昇は過渡的状態にあり、図１（ｄ）に示す
ように、サーミスタ１の抵抗値変化に応じた値が安定せ
ずに正確な測定値が得られにくい場合があり、特に印加
される電圧のパルス周波数が高い場合やパルス幅が短い
場合に顕著になる。しかし、本実施形態においては、１
回の測定で印加するパルスを少なくとも２回以上（パル
スの個数を２個以上）とし、測定値は、それぞれのパル
ス印加に対して得られた測定値を電位検出演算回路１２
における演算処理によって平均化あるいは補正するよう
にしているので、図４に示すように測定値のばらつきが
修正されることになり、１回のパルス電圧の印加による
測定に比べて測定の信頼牲が向上することになる。
圧印加をパルス的に行う場合、サーミスタ１の自己発熱
による温度上昇は過渡的状態にあり、図１（ｄ）に示す
ように、サーミスタ１の抵抗値変化に応じた値が安定せ
ずに正確な測定値が得られにくい場合があり、特に印加
される電圧のパルス周波数が高い場合やパルス幅が短い
場合に顕著になる。しかし、本実施形態においては、１
回の測定で印加するパルスを少なくとも２回以上（パル
スの個数を２個以上）とし、測定値は、それぞれのパル
ス印加に対して得られた測定値を電位検出演算回路１２
における演算処理によって平均化あるいは補正するよう
にしているので、図４に示すように測定値のばらつきが
修正されることになり、１回のパルス電圧の印加による
測定に比べて測定の信頼牲が向上することになる。
【００１７】ところで、上述のようにパルス電圧を連続
して印加した場合には、各パルス電圧が印加されるごと
にサーミスタ１が自己発熱によって温度上昇し、次第に
高い温度になってしまう可能性がある。そこで、１回の
測定時に印加するパルス数をサーミスタ１の自己発熱に
よる温度上昇が測定にとって問題のないレベルとなるよ
うな値に設定する必要がある。
して印加した場合には、各パルス電圧が印加されるごと
にサーミスタ１が自己発熱によって温度上昇し、次第に
高い温度になってしまう可能性がある。そこで、１回の
測定時に印加するパルス数をサーミスタ１の自己発熱に
よる温度上昇が測定にとって問題のないレベルとなるよ
うな値に設定する必要がある。
【００１８】いま、１回の測定時に印加されるパルス電
圧のパルス幅をｔ〔秒〕とし、サーミスタ１の熱時定数
をτとすると、１個のパルス印加によるサーミスタ１の
温度上昇は、１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）となる。よって、
パルス電圧の印加回数をｎとすると、ｎ回のパルス印加
においてもこの温度上昇を下回るようにするには、その
時の温度上昇の１／ｎになるまで、１回のパルス印加後
にオフ時間を設定するようにすればよい。したがって、
１回のパルス印加から次のパルス印加までのオフ時間を
Ｔoff とすると、Ｔoff が経過した後のサーミスタ１の
温度上昇は、１／ｎ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））とな
る。ここで、１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）から１／ｎ（１−
ｅｘｐ（−ｔ／τ））に温度が変化するまでの時間、す
なわちオフ時間Ｔoff は、飽和温度から１／ｎ（１−ｅ
ｘｐ（−ｔ／τ））に温度が変化するまでの時間Ｔ’
と、飽和温度から１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）に温度が変化
するまでの時間Ｔ0 との差であるから、以下の式で表さ
れる。
圧のパルス幅をｔ〔秒〕とし、サーミスタ１の熱時定数
をτとすると、１個のパルス印加によるサーミスタ１の
温度上昇は、１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）となる。よって、
パルス電圧の印加回数をｎとすると、ｎ回のパルス印加
においてもこの温度上昇を下回るようにするには、その
時の温度上昇の１／ｎになるまで、１回のパルス印加後
にオフ時間を設定するようにすればよい。したがって、
１回のパルス印加から次のパルス印加までのオフ時間を
Ｔoff とすると、Ｔoff が経過した後のサーミスタ１の
温度上昇は、１／ｎ（１−ｅｘｐ（−ｔ／τ））とな
る。ここで、１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）から１／ｎ（１−
ｅｘｐ（−ｔ／τ））に温度が変化するまでの時間、す
なわちオフ時間Ｔoff は、飽和温度から１／ｎ（１−ｅ
ｘｐ（−ｔ／τ））に温度が変化するまでの時間Ｔ’
と、飽和温度から１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）に温度が変化
するまでの時間Ｔ0 との差であるから、以下の式で表さ
れる。
【００１９】 Ｔoff ＝Ｔ’−Ｔ0 ＝−τln｛1/n [1-exp(-t/τ）] ｝＋τln[1-exp(-t ／τ）] ＝τlnｎ したがって、測定毎に印加されるパルス数ｎの自然対数
lnｎにサーミスタ１の熱時定数τを乗算した値よりも大
きい値にオフ時間Ｔoff を設定すれば、パルス電圧を印
加しているオン時間におけるサーミスタ１の自己発熱に
よる温度上昇分は、上記オフ時間Ｔoff におけるサーミ
スタ１の放熱による温度低下によって打ち消されてしま
い、パルス数ｎの範囲内ではサーミスタ１が自己発熱に
より所定の閾値を越えて温度上昇していくということが
なくなるのである。よって、本実施形態においては、熱
時定数τ＝２００ｍｓ、パルス数ｎ＝５であるから、オ
フ時間Ｔoff ≧２００×ln５≒３２２ｍｓであり、オフ
時間Ｔoff を４００ｍｓとしている。また、連続したパ
ルス電圧の印加により得られた測定値から、電位検出演
算回路１２により異常値を除去するとともに平均化処理
を行っているので、パルス電圧を印加する測定方法にも
かかわらずノイズや、測定ばらつきの影響の小さい、信
頼性の高い測定が検出可能となっている（図４参照）。
lnｎにサーミスタ１の熱時定数τを乗算した値よりも大
きい値にオフ時間Ｔoff を設定すれば、パルス電圧を印
加しているオン時間におけるサーミスタ１の自己発熱に
よる温度上昇分は、上記オフ時間Ｔoff におけるサーミ
スタ１の放熱による温度低下によって打ち消されてしま
い、パルス数ｎの範囲内ではサーミスタ１が自己発熱に
より所定の閾値を越えて温度上昇していくということが
なくなるのである。よって、本実施形態においては、熱
時定数τ＝２００ｍｓ、パルス数ｎ＝５であるから、オ
フ時間Ｔoff ≧２００×ln５≒３２２ｍｓであり、オフ
時間Ｔoff を４００ｍｓとしている。また、連続したパ
ルス電圧の印加により得られた測定値から、電位検出演
算回路１２により異常値を除去するとともに平均化処理
を行っているので、パルス電圧を印加する測定方法にも
かかわらずノイズや、測定ばらつきの影響の小さい、信
頼性の高い測定が検出可能となっている（図４参照）。
【００２０】
【発明の効果】請求項１の発明は、熱によるサーミスタ
の抵抗値変化を利用して熱的変量を測定する測定方法で
あって、抵抗値変化を検出するためにサーミスタに印加
する電流あるいは電圧を所定のパルス幅を有するパルス
電流あるいはパルス電圧とし、サーミスタの自己発熱に
よる温度上昇が所定の閾値以下となるようにサーミスタ
の特性と印加される電流あるいは電圧とにより決まる値
よりも小さい値に上記パルス幅を設定したから、自己発
熱によるサーミスタの温度上昇は上記所定の閾値以下に
抑えられることになり、精密な温度測定や熱的変量の測
定精度の向上が図れ、サーミスタの損傷や劣化などの不
具合の発生も防止できるという効果がある。
の抵抗値変化を利用して熱的変量を測定する測定方法で
あって、抵抗値変化を検出するためにサーミスタに印加
する電流あるいは電圧を所定のパルス幅を有するパルス
電流あるいはパルス電圧とし、サーミスタの自己発熱に
よる温度上昇が所定の閾値以下となるようにサーミスタ
の特性と印加される電流あるいは電圧とにより決まる値
よりも小さい値に上記パルス幅を設定したから、自己発
熱によるサーミスタの温度上昇は上記所定の閾値以下に
抑えられることになり、精密な温度測定や熱的変量の測
定精度の向上が図れ、サーミスタの損傷や劣化などの不
具合の発生も防止できるという効果がある。
【００２１】請求項２の発明は、上記サーミスタを薄膜
状に形成するとともに支持基板上に熱的絶縁手段を介し
て設けたから、精密な温度測定や熱的変量の測定精度の
向上が図れ、サーミスタの損傷や劣化などの不具合の発
生も防止できるという効果がある。請求項３の発明は、
熱的変量の測定においてサーミスタに印加するパルス電
流あるいはパルス電圧の個数を測定毎に少なくとも２つ
以上とし、各パルス電流あるいはパルス電圧を印加して
得られるサーミスタの抵抗値に応じた測定値毎のばらつ
きを補正するので、特に、パルス周波数が高い場合やパ
ルス幅が短い場合に、測定値のばらつきが修正されるこ
とになり、１パルスだけを印加する測定に比べて測定の
信頼牲を向上させることができるという効果がある。
状に形成するとともに支持基板上に熱的絶縁手段を介し
て設けたから、精密な温度測定や熱的変量の測定精度の
向上が図れ、サーミスタの損傷や劣化などの不具合の発
生も防止できるという効果がある。請求項３の発明は、
熱的変量の測定においてサーミスタに印加するパルス電
流あるいはパルス電圧の個数を測定毎に少なくとも２つ
以上とし、各パルス電流あるいはパルス電圧を印加して
得られるサーミスタの抵抗値に応じた測定値毎のばらつ
きを補正するので、特に、パルス周波数が高い場合やパ
ルス幅が短い場合に、測定値のばらつきが修正されるこ
とになり、１パルスだけを印加する測定に比べて測定の
信頼牲を向上させることができるという効果がある。
【００２２】請求項４の発明は、測定毎に所定の周期に
てサーミスタに印加されるパルス電流あるいはパルス電
圧の印加されないオフ時間を、測定毎に印加されるパル
ス数の自然対数にサーミスタの熱時定数を乗算した値よ
りも大きい値とするので、パルス電流あるいはパルス電
圧が印加されるオン時間におけるサーミスタの自己発熱
による温度上昇分は上記オフ時間中に打ち消されてしま
い、上記測定毎のパルスの印加回数範囲内ではサーミス
タの温度が所定の閾値温度を越えて上昇していくことが
防止できるという効果がある。
てサーミスタに印加されるパルス電流あるいはパルス電
圧の印加されないオフ時間を、測定毎に印加されるパル
ス数の自然対数にサーミスタの熱時定数を乗算した値よ
りも大きい値とするので、パルス電流あるいはパルス電
圧が印加されるオン時間におけるサーミスタの自己発熱
による温度上昇分は上記オフ時間中に打ち消されてしま
い、上記測定毎のパルスの印加回数範囲内ではサーミス
タの温度が所定の閾値温度を越えて上昇していくことが
防止できるという効果がある。
【図１】本発明の実施形態を説明するための説明図であ
る。
る。
【図２】同上に用いられる赤外線センサの側面断面図で
ある。
ある。
【図３】同上に用いられる赤外線センサの概略回路図で
ある。
ある。
【図４】同上に用いられる赤外線センサの動作を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図５】従来の測定方法を説明するための説明図であ
る。
る。
ｔ パルス幅 Ｔoff オフ時間
Claims (4)
- 【請求項１】 熱によるサーミスタの抵抗値変化を利用
して熱的変量を測定する測定方法であって、抵抗値変化
を検出するためにサーミスタに印加する電流あるいは電
圧を所定のパルス幅を有するパルス電流あるいはパルス
電圧とし、サーミスタの自己発熱による温度上昇が所定
の閾値以下となるようにサーミスタの特性と印加される
電流あるいは電圧とにより決まる値よりも小さい値に上
記パルス幅を設定したことを特徴とするサーミスタを用
いた熱的変量の測定方法。 - 【請求項２】 上記サーミスタを薄膜状に形成するとと
もに支持基板上に熱的絶縁手段を介して設けたことを特
徴とする請求項１記載のサーミスタを用いた熱的変量の
測定方法。 - 【請求項３】 熱的変量の測定においてサーミスタに印
加するパルス電流あるいはパルス電圧の個数を測定毎に
少なくとも２つ以上とし、各パルス電流あるいはパルス
電圧を印加して得られるサーミスタの抵抗値に応じた測
定値毎のばらつきを補正することを特徴とする請求項１
又は２記載のサーミスタを用いた熱的変量の測定方法。 - 【請求項４】 測定毎に所定の周期にてサーミスタに印
加されるパルス電流あるいはパルス電圧の印加されない
オフ時間を、測定毎に印加されるパルス数の自然対数に
サーミスタの熱時定数を乗算した値よりも大きい値とす
ることを特徴とする請求項３記載のサーミスタを用いた
熱的変量の測定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7219115A JPH0961259A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | サーミスタを用いた熱的変量の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7219115A JPH0961259A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | サーミスタを用いた熱的変量の測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0961259A true JPH0961259A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16730490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7219115A Pending JPH0961259A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | サーミスタを用いた熱的変量の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0961259A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002078390A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機の制御装置 |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP7219115A patent/JPH0961259A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002078390A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Fuji Electric Co Ltd | 電動機の制御装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3553657B2 (ja) | 相対湿度を測定する方法 | |
| EP0964231A2 (en) | Infrared thermometer | |
| EP0798545B1 (en) | Noncontacting thermometer | |
| JPH11132857A (ja) | 赤外線検出器 | |
| JPH0476412B2 (ja) | ||
| JP6222443B2 (ja) | 絶対湿度センサおよびこれに用いる絶対湿度センサチップ | |
| JP3310430B2 (ja) | 計測装置および計測方法 | |
| JPH09329499A (ja) | 赤外線センサ及び赤外線検出器 | |
| JPH10197472A (ja) | ポリマーフィルムガスセンサーの感度の改良法およびその方法を実施するセンサー構造 | |
| US6437331B1 (en) | Bolometer type infrared sensor with material having hysterisis | |
| JPH0961259A (ja) | サーミスタを用いた熱的変量の測定方法 | |
| Baliga et al. | Sputtered film thermistor IR detectors | |
| JPS5866028A (ja) | 光−抵抗値変換素子を用いた測定回路 | |
| JPH0634448A (ja) | 放射温度計 | |
| KR101578374B1 (ko) | 써모파일 센서 모듈 | |
| JP3245687B2 (ja) | 熱放散定数の調整方法 | |
| JPH07140008A (ja) | 放射温度計 | |
| JP3534103B2 (ja) | ボロメータ型赤外線センサ | |
| JP3040048B2 (ja) | 輻射熱センサ | |
| EP0949491A1 (en) | A detector device including Peltier effect thermoelectric module | |
| Karunasiri et al. | Extraction of thermal parameters of microbolometer infrared detectors using electrical measurement | |
| Larsen et al. | Fast-response temperature sensors | |
| JPH07151609A (ja) | 赤外線センサ | |
| RU2616721C1 (ru) | Широкополосный измерительный приемник излучения миллиметрового диапазона с независимой калибровкой | |
| JPS6385364A (ja) | フローセンサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001107 |