(57)【要約】【課題】  自己発熱が安定状態になるまでの時間を大幅に短縮できるようにした温度センサＩＣを提供する。【解決手段】  温度センサ制御部１０には信号線４０ａ，４０ｂを介して温度センサＩＣ３０が接続されている。温度センサＩＣ３０は、温度を計測する感温部３２と、感温部３２を較正するための増幅器３３と、その出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器３４と、通電時から所定時間の間、自己発熱による温度上昇分に相当する電流値を通常時の通電電流に加算して感温部３２に印加する予備加熱制御部３５と、温度センサＩＣ３０内を制御すると共に温度センサ制御部１０との通信を行う制御部３１とを備え、これらは１つのＩＣに実装されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に計測した温度値をアナログ電気信号にして出力する感温部と、前記感温部によるアナログ電気信号をデジタル値に変換した温度計測データを所定のタイミングで外部へ出力する制御部と、これらに関連する回路とを集積化した温度センサＩＣにおいて、
前記感温部への通電開始から所定の時間又は前記感温部の自己発熱が安定状態になるまでの間、前記自己発熱による温度上昇分に相当する電流値を通常時の通電電流に加算して前記感温部に印加する予備加熱制御部を備えることを特徴とする温度センサＩＣ。
【請求項２】
前記予備加熱制御部は、前記感温部、前記周辺回路、及び前記制御部を経由するフィードバック系を形成していることを特徴とする請求項１記載の温度センサＩＣ。
【請求項３】
前記予備加熱制御部は、前記自己発熱による温度上昇分に相当する電流値を計測温度の範囲に応じて変更することを特徴とする請求項１記載の温度センサＩＣ。
【請求項４】
前記制御部及び前記予備加熱制御部は、前記自己発熱による温度上昇分に相当する電流値を温度計測間隔に応じて変更することを特徴とする請求項１記載の温度センサＩＣ。
【請求項５】
前記予備加熱制御部は、前記感温部、前記制御部、及びこれらに関連する前記回路と共に集積化されていることを特徴とする請求項１記載の温度センサＩＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度センサＩＣに関し、特に、温度を検出する感温部とその関連する回路が集積化された温度センサＩＣにあって、感温部の自己発熱が安定化するまでの時間を短縮できるようにした温度センサＩＣに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
産業機器、家電機器、電子機器等においては、物体や雰囲気温度の検出を要求されるものがある。常温域の温度検出を電気的に行う場合、その温度センサとして、一般に、熱伝対やサーミスタが用いられる。これら温度センサは、その内部抵抗が温度により変化することを利用しており、内部抵抗の変化に伴う電流の変化を電圧に変換して温度計測値を出力する。
【０００３】
温度センサは、低温物体や高温物体、気体や液体等の温度測定対象と、温度データを収集する場所（制御回路、演算回路、或いは管理センター等）とが離れている場合、温度センサとデータ収集場所とはケーブル等で接続される（例えば、特許文献１参照。）。しかし、家電機器や電子機器に組み込む場合には、センサ部を機器から離す必要の無い場合が多く、このような用途には、温度センサを回路側から離して単独に設置するよりも、温度センサと検出部（処理部）や制御部を一体化した方が、スペースの有効利用、精度向上、信頼性の向上等が図りやすい。
【０００４】
このような理由から、温度センサと、その検出部（処理部）や制御部とを、１つのＩＣに集約した温度センサＩＣが商品化されている。ＩＣ化することにより、温度センサと検出部等までの配線抵抗の影響を排除でき、安定性や検出精度が向上するほか、機器の小型化やメンテナンス性の面で有利になる。この温度センサＩＣには、一般に、ＩＣ化が容易な半導体センサが用いられる。半導体センサには、ダイオード、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、ＩＣ等が用いられる。
【０００５】
温度センサにはバラツキがあるため、個々に０℃に較正する必要がある。その手段として、基準電圧と検出電圧を比較する回路を構成して基準電圧を調整する等の対策がとられている。また、定電流源と２つのＭＯＳトランジスタによる回路でβ（電圧利得）を電圧に変換して取り出すβ電圧変換回路を構成し、或いは、各２個のＰ型とＮ型のＭＯＳトランジスタの組み合わせによりカレントミラー回路を構成し、そのβを出力電圧のパラメータ要素とし、再現性及び精度に優れる温度特性が得られるようにした温度センサも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
図４は、従来の温度検出器を示す。この温度検出器は、ホスト制御部として機能する温度センサ制御部１と、この温度センサ制御部１に信号線３ａ，３ｂを介して接続された温度センサＩＣ２とを備えて構成されている。温度センサ制御部１は、機器の本体内に設けられており、必要に応じて更に上位の制御部に接続される。温度センサＩＣ２は、機器本体の外部に引き出され、或いは機器本体より突出する様に設けられている。
【０００７】
温度センサＩＣ２は、温度センサＩＣ２内の制御及び温度センサ制御部１との通信を行う制御部２１と、温度センサを備える感温部２２と、感温部２２に接続された増幅器２３と、制御部２１と増幅器２３の間に接続されたＡ／Ｄ変換器２４とを備えて構成されている。
【０００８】
なお、温度センサＩＣ２への電源供給は、信号線３ａ，３ｂに電源用ラインを並設し、この電源用ラインを通して温度センサ制御部１から電源供給を受けるようにすればよい。或いは、別途、電池を用意し、この電池から温度センサＩＣ２に電源供給を行う構成にしてもよい。
【０００９】
制御部２１は、温度センサＩＣ２の内部の制御及び温度センサ制御部１との間の通信の制御に用いられる。感温部２２は、温度を測定するトランジスタ等の温度検出素子を備えて温度計測値をアナログ電圧で出力する。増幅器２３は、感温部２２の出力電圧（温度検出出力）を増幅する。Ａ／Ｄ変換器２４は、増幅器２３からのアナログによる出力電圧をデジタルに変換して制御部２１へ出力する。
【００１０】
信号線３ａは、温度センサ制御部１からの制御データを温度センサＩＣ２へ伝送すると共に、制御部２１の温度センサＩＣ２からの測温データを温度センサ制御部１へ伝送する。温度センサ制御部１からの制御データは、制御部２１に対する指示や通信処理のために用いられる。信号線３ｂは、温度センサ制御部１から出力された同期信号を温度センサＩＣ２の制御部２１及びＡ／Ｄ変換器２４へ伝送する。制御部２１及びＡ／Ｄ変換器２４は、供給された同期信号を動作タイミングにして動作する。
【００１１】
感温部２２により計測された温度計測値は、温度値に応じた電圧差で出力される。この感温部２２の出力電圧特性（＝温度検出特性）は、増幅器２３内の図示しない調整用可変抵抗器等によって温度が正確に計測されるように、予め調整されている。増幅器２３を通して出力されたアナログによる温度計測値は、Ａ／Ｄ変換器２４によってデジタル値に変換される。制御部２１は温度センサ制御部１との間で通信のタイミングをとりながら、Ａ／Ｄ変換器２４からのデジタル温度計測値を信号線３ａを介して温度センサ制御部１へ伝送する。温度センサ制御部１は受信した温度計測値を他の上位の制御部へ伝送し、或いは単独でデータ収集、表示等のための処理を実行する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−９９５４４号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開平９−２４３４６６号公報（図１、図２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、従来の温度センサＩＣによると、電源オンに伴って温度センサＩＣ２に通電が開始されると、その電力消費に伴うジュール熱の発生により徐々に加熱（自己加熱）される。
【００１４】
図５は、図４に示した温度センサＩＣ２の電源オン時の自己発熱分の温度特性を示す。温度センサＩＣ２のパッケージの温度は、通電に伴って、設置雰囲気の温度値から次第に上昇し、或る時間が経過した段階でほぼ一定の温度値になる。この温度変化は温度センサＩＣ２内に実装された温度センサが最も影響を受ける。このため、図５に示すように、自己発熱分の温度上昇は或る時間に到達するまで上昇を続け、この分だけ計測温度に影響を与え、温度誤差を生じさせる。従って、仮に、測定対象の雰囲気温度に変化が無かったとしても、電源オンの直後から一定時間内と、自己発熱が安定した後とでは計測温度値に差を生じることになる。
【００１５】
また、電源オンから温度センサＩＣ２の温度が安定した状態になるまでに多大の時間を要している。この問題は、自己加熱が大きいほど顕著になる。自己加熱は消費電流の値及び所要計測時間が大きく影響し、両者を低減することで自己加熱の影響を軽減できるが、設計上の限界があるため、感度の良好な温度センサにおいてはこの方法だけで効果を上げることは難しい。
【００１６】
このような問題を解決するために、温度補償回路を設けることが考えられる。しかし、温度補償回路を設けることにより、回路構成及び調整が複雑になり、更に、温度センサＩＣ２における消費電力が増大するほか、経時変化による信頼性の低下が懸念される。
【００１７】
従って、本発明の目的は、自己発熱が安定状態になるまでの時間を大幅に短縮できるようにした温度センサＩＣを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記の目的を達成するため、電気的に計測した温度値をアナログ電気信号にして出力する感温部と、前記感温部によるアナログ電気信号をデジタル値に変換した温度計測データを所定のタイミングで外部へ出力する制御部と、これらに関連する回路とを集積化した温度センサＩＣにおいて、前記感温部への通電開始から所定の時間又は前記感温部の自己発熱が安定状態になるまでの間、前記自己発熱による温度上昇分に相当する電流値を通常時の通電電流に加算して前記感温部に印加する予備加熱制御部を備えることを特徴とする温度センサＩＣを提供する。
【００１９】
この構成によれば、電源オンから所定の時間、又は感温部の自己発熱が安定状態になるまでの間、感温部への通電電流を増加させることにより、自己発熱が安定状態になるまでの時間を大幅に早めることができ、誤差の少ない温度計測を早い時間に実行できるようになる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の温度センサＩＣによれば、その感温部の自己発熱が安定状態になるまでの時間を大幅に早めることができ、誤差の少ない温度計測を早い時間に実行することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る温度検出器の構成を示す。この温度検出器は、ＣＰＵ等を用いて構成される温度センサ制御部１０と、信号線４０ａ，４０ｂを介して温度センサ制御部１０に接続された温度センサＩＣ３０とを備えて構成されている。温度センサ制御部１０は、機器の本体内に設けられた主回路の一部として構成され、或いは、単独に設けられている。
【００２２】
温度センサＩＣ３０は、機器本体の内部の測定対象の近傍、又は測定対象の雰囲気中に設けられる。或いは、外部にケーブルを介して引き出されたり、機器本体より突出させてもよい。そして、温度センサＩＣ３０への電源供給は、信号線４０ａ，４０ｂに電源用ライン（図示せず）を並設し、この電源用ラインを通して温度センサ制御部１０から電源供給を受けるようにする。或いは、別途、電池を用意し、この電池から温度センサＩＣ３０に電源供給を行う構成にしてもよい。
【００２３】
温度センサＩＣ３０は、温度センサＩＣ３０内の制御のほか、温度センサ制御部１０との通信を行う制御部３１と、温度検出素子を備える感温部３２と、感温部３２に接続された増幅器３３と、制御部３１と増幅器３３の間に接続されたＡ／Ｄ変換器３４と、予備加熱制御部３５とを備えて構成されている。温度センサ制御部１０と制御部３１とでは、温度センサ制御部１０が上位で温度センサＩＣ３０が下位の関係にある。更に、温度センサ制御部１０の上位の制御部として、機器（電子機器、産業機器、家電機器等）の全体を管理する制御部があり、この制御部に温度センサ制御部１０が接続される。しかし、単に機器のパネル等に温度計測値を表示するのみの用途においては、温度センサ制御部１０を上位の制御部に接続する必要はない。
【００２４】
制御部３１は、温度センサＩＣ３０の内部の制御及び温度センサ制御部１０との間の通信の制御に用いられる。感温部３２は、温度を測定するトランジスタ等を温度検出素子として備えており、その温度計測値がアナログ電圧により出力される。増幅器３３は、感温部３２の出力電圧（温度検出出力）を増幅する。Ａ／Ｄ変換器３４は、増幅器３３からのアナログによる出力電圧をデジタルに変換して制御部３１へ出力する。
【００２５】
予備加熱制御部３５は、制御部３１からの指令を受けたとき、電源オン時に感温部３２への通電量が常態時よりも増えるように制御し、感温部３２の自己発熱を加速させる。そして、予備加熱制御部３５は、感温部３２に電源を供給する部分にトランジスタ等の半導体制御素子を挿入し、この半導体制御素子をオン／オフ制御する回路、又は或る周期で断続的にオンにできる回路を備えている。
【００２６】
予備加熱制御部３５が設けられたことにより、温度センサＩＣ３０では、制御部３１→予備加熱制御部３５→感温部３２→増幅器３３→Ａ／Ｄ変換器３４→制御部３１により、感温部３２の予備加熱を行うためのフィードバック系が形成される。このフィードバック系により、平衡温度（後述する図３のＥのレベル）への到達、すなわち、自己発熱による温度の安定化への到達を早めることができる。
【００２７】
信号線４０ａは、温度センサ制御部１０からの制御データを温度センサＩＣ３０へ伝送すると共に温度センサＩＣ３０からの温度計測値を温度センサ制御部１０へ伝送する。温度センサ制御部１０からの制御データは、制御部３１に対する指示や通信処理のために用いられる。信号線４０ｂは、温度センサ制御部１０から出力された同期信号を温度センサＩＣ３０の制御部３１及びＡ／Ｄ変換器３４へ伝送する。制御部３１及びＡ／Ｄ変換器３４は、供給された同期信号を動作タイミングにして動作する。
【００２８】
感温部３２により測定された温度計測値は、その温度値に応じた電圧値で出力される。この感温部３２の出力電圧特性、すなわち、温度検出特性は、増幅器３３内の図示せぬ調整用可変抵抗器等によって温度が正確に計測されるように、予め調整されている。増幅器３３を通して出力されたアナログによる温度計測値は、Ａ／Ｄ変換器３４によってデジタル値に変換される。制御部３１は温度センサ制御部１０と通信のタイミングをとってＡ／Ｄ変換器３４からのデジタル温度計測値を信号線４０ａを介して温度センサ制御部１０へ伝送する。温度センサ制御部１０は受信した温度計測値を他の制御部へ伝送し、或いはデータ収集、表示等のための処理を実行する。
【００２９】
図２は、制御部３１と予備加熱制御部３５による制御を示す。図中、Ｓはステップを表している。以下に、図１及び図２を参照して本実施の形態の予備加熱制御について説明する。
【００３０】
システムの電源がオンにされると（Ｓ１０１）、予備加熱制御部３５に通常時に流す電流値に自己発熱の温度分を含めるように温度センサ制御部１０から温度センサＩＣ３０へ制御指令を出す。制御部３１は、温度センサ制御部１０からの制御指令に従って感温部３２に通電を行う（Ｓ１０２）。通電開始後、温度が安定な状態になった時間に到達すると（Ｓ１０３）、自己発熱の温度分として増加させた電流分をオフにする（Ｓ１０４）。なお、Ｓ１０３の処理は、時間の検出に代えて、自己発熱分の温度上昇到達のタイミングを温度の変化率で検出し、電流増加分をカットするようにしてもよい。
【００３１】
その後、温度計測範囲の切り替えが発生したか否かが判定される（Ｓ１０５）。温度計測範囲の切り替えは、温度センサ制御部１０から温度センサＩＣ３０へ制御指令を発することにより行われる。制御部３１が温度計測範囲の切り替えの指令を受信することにより範囲の切り替えを判定すると、その切り替えに応じて、予備加熱制御部３５に供給される電源の電流値が変更される（Ｓ１０６）。これにより、温度計測範囲に応じて最適な電源供給が行われる結果、電力消費及び自己発熱を低減することができる。
【００３２】
更に、温度計測間隔に変化が生じたか否かが検出される（Ｓ１０７）。温度計測間隔の切り替えは、温度センサ制御部１０から温度センサＩＣ３０へ制御指令を発することにより行われる。制御部３１が温度計測間隔の切替えの指令を受信することにより計測間隔切替えを判定すると、その切替えに応じて、予備加熱制御部３５に供給される電源の電流値が変更される（Ｓ１０８）。例えば、計測間隔が短縮された場合、自己発熱も大きくなる。そこで予備加熱制御部に供給する電流値を増やす。逆に計測間隔が長くなった場合、自己発熱が小さくなるので、予備加熱制御部３５に供給する電流値を減らす。
【００３３】
以上の一連の処理を実行する過程で電源オフの有無が判定され（Ｓ１０９）、電源オフが生じていれば、処理を終了する。また、Ｓ１０５〜Ｓ１０９の処理は、電源がオンにされている間、一定時間毎に監視が行われ（Ｓ１１０）、設定時間に到達する毎に処理はＳ１０５に戻され、以降の処理が繰り返し実行される。
【００３４】
なお、温度センサＩＣ２及び感温部２２への通電は、システムを電源オンにした後、常時通電状態にすることも、必要時にのみ通電することも可能である。
【００３５】
図３は、予備加熱制御部３５が動作することにより、安定化に要する時間が短縮されたことを示す自己発熱分の温度上昇特性を示す。図中、特性Ａが本実施の形態における場合であり、特性Ｂは比較例の温度上昇特性である。この特性Ｂは、図５に示した従来特性と同一のものであるが、ここでは、本発明との比較が容易に行えるように図３に転記している。
【００３６】
図３に示すように、比較例の特性Ｂは自己発熱分（図３のレベルＥ）の温度上昇が緩やかに上昇しているのに対し、本発明による特性Ａは急峻に立ち上がった後、緩やかに上昇する特性となっている。安定化したときと遜色のないレベルの温度を安定化達成の時間（本発明特性ＡではＣ点、従来特性ＢではＤ点）とすると、本発明特性Ａでは比較例特性Ｂの約１／２に短縮できていることがわかる。
【００３７】
このように、本発明によれば、通電開始時等に感温部３２への通電電流を一時的に増加させ、自己発熱分の温度上昇を加速させることで、簡単な構成により自己発熱分の影響を低減することができる。従って、自己発熱に起因して測定精度が不安定になるのが防止されると共に、自己発熱による温度が安定状態になるまでの時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００３８】
なお、予備加熱制御部３５による予備加熱は、図３に示す定常的に温度が安定化したレベルを越えないようにする必要がある。そのためには、過剰な通電を行わないようにすればよい。
【００３９】
上記の実施の形態においては、温度センサＩＣ３０に予備加熱制御部３５を集積化するものとしたが、温度センサＩＣ３０に外付け部品として組み合わせることもできる。また、温度センサＩＣ３０の搭載部品を１枚のプリント基板上に実装する構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る温度検出器を示すブロック図である。
【図２】図１の制御部と予備加熱制御部による制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る予備加熱制御部が動作し、安定化に要する時間が短縮されたことを示す自己発熱分の温度上昇特性図である。
【図４】従来の温度検出器を示すブロック図である。
【図５】図４に示した温度センサＩＣの電源オン時の自己発熱分の温度上昇特性図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  温度センサ制御部
２  温度センサＩＣ
３ａ，３ｂ  信号線
１０  温度センサ制御部
２１  制御部
２２  感温部
２３  増幅器
２４  Ａ／Ｄ変換器
３０  温度センサＩＣ
３１  制御部
３２  感温部
３３  増幅器
３４  Ａ／Ｄ変換器
３５  予備加熱制御部
４０ａ，４０ｂ  信号線
【図１】
2005180976.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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