(57)【要約】【課題】環境温度の変化や外乱の影響によりセンサ自体の温度が常に変動していても、高精度で測定できる熱伝導式ガスセンサを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の熱伝導式ガスセンサは、対象ガス濃度を検出する検知素子と、環境温度を検出する参照素子と、前記検知素子と前記参照素子は、測定環境に暴露された同じ空間に配置され、前記参照素子の出力に基づき、前記検知素子を加熱する加熱手段と、前記加熱手段への電力を制御する電力制御手段と、前記参照素子の出力に基づき、前記検知素子の出力を補正する補正手段を有し、前記補正手段は、予め、対象ガス濃度の分かっている環境下で測定した前記検知素子の出力を温度特性として近似式を求めておき、前記参照素子の出力に基づいて前記近似式により補正基準値を決定し、前記対象ガスを含んだ前記検知素子の出力と、前記補正基準値との差分をとることにより、対象ガス濃度を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象ガス濃度を検出する検知素子と、環境温度を検出する参照素子と、前記検知素子と前記参照素子は、測定環境に暴露された同じ空間に配置され、前記参照素子の出力に基づき、前記検知素子を加熱する加熱手段と、前記加熱手段への電力を制御する電力制御手段と、前記参照素子の出力に基づき、前記検知素子の出力を補正する補正手段を有し、前記補正手段は、予め、対象ガス濃度の分かっている環境下で測定した前記検知素子の出力を温度特性として近似式を求めておき、前記参照素子の出力に基づいて前記近似式により補正基準値を決定し、前記対象ガスを含んだ前記検知素子の出力と、前記補正基準値との差分をとることにより、対象ガス濃度を求めることを特徴とする熱伝導式ガスセンサ。
【請求項２】
前記検知素子は、メンブレン構造であり、前記加熱手段と、前記対象ガス濃度に応じて変化する温度を検出する感熱体を備えることを特徴とする請求項１に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項３】
前記加熱手段は、パルス電圧により加熱され、前記参照素子は、前記パルス電圧が印加されていない時に環境温度を検出することを特徴とする請求項１または２に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項４】
前記検知素子および前記参照素子が、同一基板上に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項５】
前記検知素子および前記参照素子は、薄膜サーミスタであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の熱伝導式ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスの熱伝導の変化からガス濃度を検出する熱伝導式ガスセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱伝導式ガスセンサは、ガスの種類によって熱伝導率が異なる性質であることを利用したもので、熱伝導の変化を温度変化として検出し、この温度変化を感熱素子の抵抗変化として電気的に検出するものである。
【０００３】
例えば、特許文献１（特許第２８８９９０９号公報）には雰囲気中において加熱される抵抗体の抵抗値の変化に基づいて、抵抗変化が雰囲気温度のみに影響される低温度と、抵抗変化が雰囲気の温度および湿度に感応する高温度にて、抵抗体両端に生ずる高温度における電圧から低温度における電圧を比較して湿度を検知する湿度センサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８８９９０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、実際にセンサが使用される環境は、環境温度の変化や外乱の影響により、センサ自体が温度変動している。このような環境下で、ある一定の低温度、高温度に加熱するため定電流または定電圧を印加してもセンサ加熱温度は安定しない。また、補正係数Ｋも環境温度の変化に合わせて調整しないと演算精度が悪く、センサ精度が低いものになってしまう。
【０００６】
また、先行技術文献における別の実施例においては、２つの抵抗体を用いて一方を低温度で、他方を高温度に同時に加熱することで、スイッチ切り替えによる低温度、高温度測定の時間差をなくし、雰囲気温度による補正精度を向上させようとしている。しかしながら、２つの抵抗体間の特性を全く揃えることは難しく、この特性ばらつき自体がセンサ精度を低下させる主要因になってしまう。
【０００７】
本発明の目的は、以上の点を考慮してなされたもので、環境温度の変化や外乱の影響によりセンサ自体の温度が常に変動していても、高精度で測定できる熱伝導式ガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係わる発明は、対象ガス濃度を検出する検知素子と、環境温度を検出する参照素子と、前記検知素子と前記参照素子は、測定環境に暴露された同じ空間に配置され、前記参照素子の出力に基づき、前記検知素子を加熱する加熱手段と、前記加熱手段への電力を制御する電力制御手段と、前記参照素子の出力に基づき、前記検知素子の出力を補正する補正手段を有し、前記補正手段は、予め、対象ガス濃度の分かっている環境下で測定した前記検知素子の出力を温度特性として近似式を求めておき、前記参照素子の出力に基づいて前記近似式により補正基準値を決定し、前記対象ガスを含んだ前記検知素子の出力と、前記補正基準値との差分をとることにより、対象ガス濃度を求める熱伝導式ガスセンサである。
【０００９】
本発明の請求項２に係わる発明は、前記検知素子は、メンブレン構造であり、前記加熱手段と、前記対象ガス濃度に応じて変化する温度を検出する感熱体を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に係わる発明は、前記加熱手段は、パルス電圧により加熱され、前記参照素子は、前記パルス電圧が印加されていない時に環境温度を検出することを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に係わる発明は、前記検知素子および前記参照素子が、同一基板上に形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に係わる発明は、前記検知素子および前記参照素子は、薄膜サーミスタであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、環境温度の変化や外乱の影響によりセンサ自体の温度が変動していても、高精度で測定できる熱伝導式ガスセンサが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明における実施形態を説明するための断面構造図である。
【図２】本発明における実施形態を説明するための回路構成図概略である。
【図３】本発明における実施形態を説明するための検知処理フロー図である。
【図４】本発明における実施形態を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明における補正手段を説明するための図である。
【図６】本発明における環境温度と素子加熱するための印加電圧の関係を示す図である。
【図７】本発明における出力波形図である。
【図８】絶対湿度と出力電圧の関係図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明における実施形態を説明する。なお、本発明の熱伝導式ガスセンサを湿度センサに適用した場合を例に説明するが、前述のように、本発明はガスの種類によって熱伝導率が異なる性質であることを利用した検出原理に基づくもので、湿度センサに限定されるものではない。
【００１６】
図１は、本実施形態の湿度センサを説明するための断面構造図である。本実施形態による湿度センサ１は、対象ガス濃度を検出する検知素子２と、環境温度を検出するための参照素子３を有し、測定環境に暴露された同じ空間に配置される。本実施例では、セラミックパッケージ４に検知素子２と参照素子３を配置し、測定環境に暴露させるために通気口６を備えたリッド５により湿度センサ１を形成した。
【００１７】
検知素子２は、基板７、絶縁膜８、マイクロヒータ９、マイクロヒータ保護膜１０、薄膜サーミスタ電極１１、薄膜サーミスタ１２、薄膜サーミスタ保護膜１３を備える。
【００１８】
参照素子３は、検知素子を加熱するための手段であるマイクロヒータ９を備えていない以外は検知素子２と同じである。このような構成にすることで、検知素子２と参照素子３の素子特性を同じにすることができる。すなわち、熱容量の違いによる応答時間の差がなく、環境温度の変化に対して常に同じ挙動とすることができる。
【００１９】
また、検知素子２と参照素子３は同一基板上に形成されている。これにより、同じ基板上に形成した参照素子３を使って環境温度を測定するため、検知素子２と参照素子３の温度差がなく、検知素子２の出力を精度よく補正することができる。
【００２０】
更には、検知素子２と参照素子３を隣接させて同時に形成することで、製造工程におけるばらつきも同じものとなり、素子間の特性がそろったものを作ることができる。これにより、素子間の特性がそろったものを組み合わせるといった選別工程もなくすことができる。
【００２１】
基板７としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチングなどの微細加工に適した材質であれば、特に限定されるものではない。例えば、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などが好適である。基板の表面および裏面には、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜などの絶縁膜８が形成される。絶縁膜８として、例えばシリコン酸化膜を形成するには、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜法を適用すればよい。膜厚は、絶縁膜８上に形成する膜と基板との絶縁がとれ、且つキャビティ１４を形成する際のエッチング停止層として機能すればよい。通常０．１〜１．０μｍ程度が好適である。
【００２２】
基板７には、マイクロヒータ９を高温動作させた時に、熱が基板へ伝導するのを抑制するためにマイクロヒータ９の位置に対応して基板の一部を薄肉化したキャビティ１４を有している。このキャビティ１４により基板が取り除かれた部分はメンブレン１５と呼ばれる。メンブレン１５では基板を薄肉化した分だけ熱容量が小さくなるため、非常に少ない消費電力でマイクロヒータ９を高温にすることができる。また、基板７への伝導経路が数μｍの薄膜部分のみで形成された断熱構造であるため、基板７への熱伝導が小さく、効率よくマイクロヒータ９を高温にすることができる。
【００２３】
マイクロヒータ９の材質としては、薄膜サーミスタ１２の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料からなる金属層であって、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。また、イオンミリングなどの高精度なドライエッチングが可能である導電材質であることが好ましく、さらに耐腐食性が高い、Ｐｔなどがより好適である。また絶縁膜８との密着性を向上させるためにはＰｔの下部にはチタン(Ｔｉ)などの密着層を形成するのが好ましい。
【００２４】
図１において、ガスによるマイクロヒータ９の温度検出用の感熱体として、薄膜サーミスタ１２が形成されている。薄膜サーミスタ１２は薄膜サーミスタ電極１１を備え、マイクロヒータ９を覆うように形成される。これによりマイクロヒータ９の温度を直接検出することができる。
【００２５】
薄膜サーミスタ１２を形成するサーミスタの材質としては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の温度抵抗係数を持つ材料をスパッタ法、ＣＶＤなどの薄膜プロセスを用いて形成する。膜厚は目標とするサーミスタ抵抗値に応じて調整すればよく、例えばＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて室温での抵抗値（Ｒ２５）を１４０ｋΩ程度に設定するのであれば、素子の電極間の距離にもよるが０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。
【００２６】
なお、マイクロヒータ９の温度検出としては薄膜サーミスタ１２が好適である。まず、薄膜の積層構造であるために、マイクロヒータ９の発熱を直上にて直接検出することができる。また、白金測温体などに比べて抵抗温度係数が大きいために、検出感度を大きくすることができるためである。
【００２７】
薄膜サーミスタ１２の電気信号を取り出す為に、薄膜サーミスタ電極１１が形成される。薄膜サーミスタ電極１１の材質としては、薄膜サーミスタ１２の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。
【００２８】
マイクロヒータ９及び絶縁膜８を覆うようにマイクロヒータ保護膜１０が形成される。マイクロヒータ保護膜１０としては、絶縁膜８と同じ材料であることが望ましい。マイクロヒータ９は数百度にまで上昇し、次に常温へ下がるという熱ストレスを繰り返し受ける。この熱ストレスを継続的に受けると層間剥離やクラックといった破壊につながる。同じ材料同士は、異種材料を積層した場合に比べて材料特性が同じであり密着性が強固で機械的強度も強い。このため、マイクロヒータ９の熱ストレスに対しても破壊を防止することができる。マイクロヒータ保護膜１０として、例えばシリコン酸化膜を形成するには、熱酸化法やＣＶＤによる成膜法を適用すればよい。膜厚は、マイクロヒータ９を確実に覆うことができ層間絶縁ができる厚みが良い。通常０．１〜３．０μｍ程度が好適である。
【００２９】
また、薄膜サーミスタ１２に、複合金属酸化物等を利用する場合においては、マイクロヒータ保護膜１０は、絶縁性を有する酸化膜であることが望ましく、例えばシリコン酸化膜等が望ましい。マイクロヒータ保護膜１０の上には薄膜サーミスタ１２および薄膜サーミスタ電極１１が形成される。マイクロヒータ保護膜１０は、マイクロヒータ９の保護膜であると同時に、薄膜サーミスタ１２の下地層でもあり、薄膜サーミスタ１２と直接接触する。
【００３０】
一般的に、複合金属酸化物を利用したサーミスタは、高温で還元劣化があるためサーミスタ全体を耐還元材料でコーティングする方法が知られている。即ち、サーミスタを還元性を持つ材料と接触させて高温状態にすると、サーミスタから酸素を奪って還元を引き起こし、サーミスタ特性に影響を与えてしまう。よって薄膜サーミスタ保護膜１３においてもシリコン酸化膜等の絶縁性を有する酸化膜であることが望ましい。
【００３１】
また、同様な理由により、薄膜サーミスタ電極１１は薄膜サーミスタ１２の基板側に形成されていることが望ましい。すなわち、マイクロヒータ９上に、絶縁層であるマイクロヒータ保護膜１０を介して、薄膜サーミスタ電極１１、薄膜サーミスタ１２の順に積層し形成されている。つまり、薄膜サーミスタ電極１１の上に薄膜サーミスタ１２が形成される。一般的に、薄膜電極は、電極材料と下地との密着力を上げるために密着層が形成される。例えばクロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）等が数ｎｍ程度の膜厚で形成される。薄膜サーミスタ１２上に薄膜サーミスタ電極１１が形成された場合、この密着層が直接薄膜サーミスタと接触し、サーミスタからの酸素を奪う等により酸化することで、界面抵抗が上昇し薄膜サーミスタ７の検出特性が変動してしまい好ましくない。
【００３２】
薄膜サーミスタ電極１１、マイクロヒータ９はメンブレン１５の外で、電極パッド１６と接続される。電極パッド１６は、ワイヤーボンド１７などでセラミックパッケージ電極１８などで外部の回路と電気的接続され、例えばアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などの材料で形成され、必要に応じて積層してもよい。
【００３３】
素子は、ウエハ状態から個片へと切断された後、ダイペースト（図示せず）を用いてパッケージ４に固定した後、電極パッド１６と、パッケージ電極１８を、ワイヤボンディング装置を用いて、ワイヤ１７で接続する。ワイヤ１７はＡｕ、Ａｌ、Ｃｕなど、抵抗の低い金属ワイヤが好適である。
【００３４】
最後に、パッケージ４と外気との通気口６を設けたリッド５を、樹脂（図示せず）を用いて固定する。この際、樹脂（図示せず）の硬化の加熱時に、樹脂に含まれる物質がガスとなって発生するが、通気口６により容易にパッケージ外へ放出されるため、素子自体に悪影響を与えることはない。以上により湿度センサ１を得ることができる。
【００３５】
続いて、図２から図４を使ってガス検知動作を説明する。図２は回路構成図概略、図３は検知処理フロー図、図４はタイミングチャートを示す。
【００３６】
まず、湿度センサ１は図４に示すようにマイクロヒータ９を間欠動作、いわゆるパルス駆動により動作させる。測定タイミングは、マイクロヒータ９がＯＦＦのタイミングにおいて参照素子３の出力Ｖｃを検出し、ＯＮのタイミングにおいてメンブレン１５が加熱され、検知素子２の出力Ｖｄを検出する。
【００３７】
出力Ｖｃは湿度の影響を受けずに環境温度にのみ影響受けて出力される値で、出力Ｖｄは湿度と環境温度の影響を含んで出力される値である。マイクロヒータ９は、検出する対象ガスにもよるが湿度の場合は一般的に１５０℃以上の温度に加熱される。これは、空気の温度が低いと、湿度による空気の熱伝導率の変化が小さく、感度が低下してしまうためである。
【００３８】
メンブレン１５は非常に熱容量が小さいのでマイクロヒータ９がＯＮになると直ちに所望の温度に到達し、ＯＦＦになると直ちに環境温度に戻る。湿度測定は、検知素子２の出力Ｖｄ、およびその直前に測定される参照素子３の出力Ｖｃが測定フローの１サイクルとなる。例えば、パルス２４であれば２７のＶｃとＶｄ、パルス２５であれば２８のＶｃとＶｄ、パルス２６であれば２９のＶｃとＶｄの組み合わせが１サイクルである。
【００３９】
ここで、参照素子３の出力Ｖｃはメンブレン９が加熱されていないタイミングで検出される。これは、検知素子２が隣接して形成されているので、メンブレン１５が加熱されると瞬間的に熱が基板や空間（空気）を主な経路として参照素子３に伝わってしまい、正確な環境温度を測定することができないためである。即ち、空間（空気）を経路として伝わってくる熱は、空間（空気）に存在するガスの熱伝導率によって左右されるため、毎回同じではなく、これを加味した状態で測定しても正確な環境温度を測定していることにはならない。
【００４０】
次に、図３を使って説明する。まず、図３（ａ）の通り、湿度センサ１は参照素子３より得た環境温度による出力Ｖｃから、検知素子２のマイクロヒータ９に印加する電圧を制御する。即ち、メンブレン１５の加熱時の温度は環境温度の影響を受けて変動するので、定電圧や定電流で加熱した場合はメンブレン加熱温度が安定しない。これに対し、環境温度を基準にしてマイクロヒータ９に印加する電圧を都度制御することで常に所望の安定した加熱を実現することができる。図６はその関係を示し、予め環境温度と印加電圧の関係式を作っておき、これに基づきマイクロヒータ９の印加電圧が決定される。
【００４１】
なお、本実施形態においてマイクロヒータ９は一定の消費電力で加熱するように駆動させた。即ち、マイクロヒータ９を例えば正の温度係数をもつ白金（Ｐｔ）で形成した場合、環境温度が高くなるとマイクロヒータ９の抵抗も環境温度に追従して上昇するため、ある一定の消費電力にするために印加電圧は高く調整される。逆に環境温度が低くなるとマイクロヒータ９の抵抗も環境温度に追従して低くなるため、ある一定の定消費電力にするために印加電圧は低く調整される。
【００４２】
例えば、図４のパルス２４、２５、２６、およびそれに続くパルス（図示せず）はその時分における環境温度によりマイクロヒータ９に印加される電圧が調整される。本実施形態におけるマイクロヒータ９においては、パルス２４のタイミングでの環境温度に対して、パルス２５のタイミングで環境温度が高い場合には印加電圧は高い値に調整され、また、パルス２４のタイミングに対して、パルス２６のタイミングで環境温度が低い場合には印加電圧は低い値に調整される。これにより、定電流または定電圧で加熱する場合に課題となった、環境温度の変動の影響を受けて加熱温度も変動してしまい所望の温度に安定制御できないといった問題が、本発明によれば解決される。
【００４３】
次に、図３（ｂ）の通り、マイクロヒータ９によって加熱された状態で検知素子２の出力Ｖｄを検出する。この出力Ｖｄは湿度と環境温度の影響を含んで出力される値であり、この出力Ｖｄから環境温度分を補正する必要がある。
【００４４】
これと並行して、図３（ｅ）の通り、参照素子３より得た環境温度による出力Ｖｃから、図３（ｂ）で検出した出力Ｖｄを補正するための補正基準値Ｖｒｅｆが演算される。ここで補正基準値Ｖｒｅｆについて詳細に説明する。ここでは、対象ガス濃度０％の環境下で測定した例で説明する。
【００４５】
補正基準値Ｖｒｅｆはある環境温度における湿度の影響を含まない出力Ｖｄ（０）のことである。ここで、湿度の影響を含んだ出力Ｖｄと説明の便宜上区別するためにＶｄ（０）と表記する。Ｖｄ（０）は湿度０％ＲＨまたは湿度０ｇ／ｍ３環境で測定して得られた出力Ｖｄを意味している。湿度センサ１は予め湿度０％ＲＨまたは湿度０ｇ／ｍ３環境下において測定され、環境温度と出力Ｖｄ（０）の関係を近似式で求めておく。図５中の（ａ）。
【００４６】
参照素子３より得た環境温度による出力Ｖｃを、先に求めた出力Ｖｄ（０）の近似式に代入し、ある環境温度ｔ０での補正基準値Ｖｒｅｆを決定する。この湿度センサ１は湿度が含まれている環境下で測定した場合は、湿度による空気の熱伝導の違いによる出力変化を伴い、出力Ｖｄを得ることになる。図５中の（ｂ）。この図５中の（ａ）、（ｂ）の差分ΔＶが湿度による出力変化分であり、ある温度ｔ０での出力Ｖｄ（ｔ０）と補正基準値Ｖｒｅｆの差分を取ることにより環境温度分が補正され、湿度のみによる温度変化分ΔＶを求めることができる。図３（ｃ）。この差分演算結果と、参照素子３より得た環境温度による出力Ｖｃを使って演算することにより、相対湿度や絶対湿度を算出することができる。図３（ｄ）。
【００４７】
この時も、隣接形成された参照素子３の温度情報を基準にして演算処理される。図３（ｆ）。即ち、同一基板上に形成された温度センサは、検知素子２との温度分布がなくその時分における正確な温度を示している。この温度を演算処理における全ての基準にすることで、より正確なマイクロヒータ９の印加電圧、補正基準値Ｖｒｅｆの算出、湿度算出が可能となる。
【００４８】
また、実際に使用する湿度センサ１を使って予め出力Ｖｄ（０）の近似式を求めることが重要である。即ち、代表値として同じ形態の湿度センサを使って出力Ｖｄ（０）を求め使用した場合、個々のセンサ特性のばらつきにより精度よく湿度算出することができないが、同じ湿度センサ１を使うことによりこのような問題も発生しない。
【００４９】
続いて図２の回路構成概略図を用いて説明する。湿度センサ１を構成する検知素子２、参照素子３はセラミックパッケージ電極１８を介してそれぞれ外部の固定抵抗Ｒ２、Ｒ１と接続されブリッジ回路を構成する。
【００５０】
固定抵抗Ｒ２、Ｒ１は同じ抵抗値である必要はなく、ハーフブリッジ回路を構成する参照素子３の抵抗値Ｒｃ、検知素子２の抵抗値Ｒｄにおいて、出力Ｖｃ、出力Ｖｄがそれぞれ大きくとれるような値に個々に調整することができる。これにより、それぞれ感度の高い測定が可能になるため、高精度なセンサを得ることができる。例えば、参照素子３は使用される環境温度域において扱いやすい抵抗値であればよく数キロΩから数百キロΩ程度が最適である。これは、抵抗値が小さ過ぎると素子に流れる電流値が大きくなり、結果として消費電力が大きくなってしまうためである。また、逆に大き過ぎると信号にノイズを含みやすくなる。一方、検知素子２においては、加熱されている時の抵抗値が扱いやすい値に調整し、例えば２００℃に加熱するのであれば、２００℃で数キロΩ〜数百キロΩ程度になるような設計にするのが最適である。
【００５１】
そして、参照素子３の出力Ｖｃがボルテージフォロワ１９、アナログデジタルコンバータ２０を介してマイクロプロセッサ２３に入力される。マイクロプロセッサ２３には予めＶｄ（０）の近似式がメモリされており、参照素子３の出力Ｖｃに応じてマイクロヒータ９への印加電圧、補正基準値Ｖｒｅｆが演算される。演算値はデジタルアナログコンバータ２２を介して、マイクロヒータ９、および増幅回路２１へ出力される。
【００５２】
そして、マイクロヒータ９が電圧印加され、検知素子２のメンブレン１５を加熱する。このタイミングにおいて出力Ｖｄを検出する。その後、出力Ｖｄは増幅回路２１に入力され、補正基準値Ｖｒｅｆと演算処理される。ここで環境温度分による影響を補正し、湿度の影響のみによる出力変化ΔＶを求める。また、この信号はマイクロプロセッサ２３に入力され、先の出力Ｖｃから環境温度を算出し、それを基に相対湿度や絶対湿度が算出される。
【実施例】
【００５３】
（実施例）
本発明の実施形態に基づく湿度センサの出力特性を開示する。図７は図２の回路におけるある時分ｔａ、ｔｂ、ｔｃにおける各出力波形を、表１は図７における出力値である。
ｔａの時を３５℃３０％ＲＨ（１１．８８ｇ／ｍ３）、ｔｂの時を２５℃５０％ＲＨ（１１．５０ｇ／ｍ３）、ｔｃの時を１５℃９０％ＲＨ（１１．５２ｇ／ｍ３）に設定した環境に湿度センサ１を入れて測定した。なお予め補正基準値Ｖｒｅｆを決定するための出力Ｖｄ（０）を湿度０％の環境下で測定し、温度との関係を二次関数（数式１）の近似式として得、その時の係数ａ、ｂ、ｃを表２に示す。
【００５４】
なお、出力Ｖｄと補正基準値Ｖｒｅｆにより演算処理された、湿度の影響のみによる出力ΔＶは、温度特性を有し図８のように二次関数（数式１）の近似式で表される。１５℃、２５℃、３５℃の時の近似式における係数ａ、ｂ、ｃを表２に合わせて示す。
また、出力Ｖｃから薄膜サーミスタ１２のＢ定数を使うことで環境温度を算出し、各温度での二次関数を利用することで湿度を算出した。
【００５５】
【表１】
2015227822.tif 000003
【００５６】
【数１】
2015227822.tif 000004
【００５７】
【表２】
2015227822.tif 000005
【００５８】
ｔａ時の出力は、設定値１１．８８ｇ／ｍ３に対して１１．７６ｇ／ｍ３であった。ｔｂ時の出力は、設定値１１．５０ｇ／ｍ３に対して１１．４３ｇ／ｍ３であった。ｔｃ時の出力は、設定値１１．５２ｇ／ｍ３に対して１１．５５ｇ／ｍ３であった。以上の通り、環境温度の変化や外乱の影響によりセンサ自体の温度が変動していても、高精度で測定できる熱伝導式ガスセンサを提供することができた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、ガスの熱伝導の変化からガス濃度を検出する熱伝導式ガスセンサに好適である。
【符号の説明】
【００６０】
１    湿度センサ
２    検知素子
３    参照素子
４    セラミックパッケージ
５    リッド
６    通気口
７    基板
８    絶縁膜
９    マイクロヒータ
１０    マイクロヒータ保護膜
１１    薄膜サーミスタ電極
１２    薄膜サーミスタ
１３    薄膜サーミスタ保護膜
１４    キャビティ
１５    メンブレン
１６    電極パッド
１７    ワイヤー
１８    セラミックパッケージ電極
１９    ボルテージフォロワ
２０    アナログデジタルコンバータ
２１    増幅回路
２２    デジタルアナログコンバータ
２３    マイクロプロセッサ
２４、２５、２６    パルス
【図１】
2015227822.tif 000006
【図２】
2015227822.tif 000007
【図３】
2015227822.tif 000008
【図４】
2015227822.tif 000009
【図５】
2015227822.tif 000010
【図６】
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【図７】
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【図８】
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