(57)【要約】【課題】  内部抵抗を高精度に測定することを課題とする。【解決手段】  増幅器ＡＭＰ１で計測された、測定用バイアス電圧ＶＣＣがセンサ１０に印加されない通常動作時におけるセンサ１０の出力電圧と、測定用バイアス電圧ＶＣＣがスイッチＳＷ１ならびにＳＷ２を介してセンサ１０に印加された際に、増幅器ＡＭＰ１で計測されたセンサ１０の出力電圧、ならびに増幅器ＡＭＰ２で計測されたスイッチＳＷ１と測定用抵抗ＲＶの降下電圧と、測定用バイアス電圧ＶＣＣがスイッチＳＷ１ならびにＳＷ２を介して基準抵抗ＲＣに印加された際に、増幅器ＡＭＰ１で計測された基準抵抗ＲＣの降下電圧、ならびに増幅器ＡＭＰ２で計測されたスイッチＳＷ１と測定用抵抗ＲＶの降下電圧とに基づいて、基準抵抗ＲＣとの相対比較により内部抵抗ＲＳをマイクロコンピュータ１１で算出する。【選択図】      図１
2005249713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサに印加される測定電圧を出力する測定電圧源と、
前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記測定電圧源から出力された測定電圧を選択的に前記センサに与える第１のスイッチと、
前記センサの出力電圧を計測する第１の計測手段と
を備えたセンサ内部抵抗測定回路において、
前記センサと並列に設けられた基準抵抗と、
前記第１のスイッチと前記センサとの間に設けられ、前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記測定電圧源から前記第１のスイッチを介して出力された測定電圧を選択的に前記センサ又は前記基準抵抗に与える第２のスイッチと、
前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記第１のスイッチの降下電圧を計測する第２の計測手段と、
前記第１ならびに第２の計測手段の計測結果に基づいて、前記センサの内部抵抗を測定する測定手段と
を有することを特徴とするセンサ内部抵抗測定回路。
【請求項２】
前記測定手段は、前記第１の計測手段で計測された、測定電圧が前記センサに印加されない通常動作時における前記センサの出力電圧と、前記測定電圧源から出力された測定電圧が前記第１ならびに第２のスイッチを介して前記センサに印加された際に、前記第１の計測手段で計測された前記センサの出力電圧、ならびに前記第２の計測手段で計測された前記第１のスイッチの降下電圧と、前記測定電圧源から出力された測定電圧が前記第１ならびに第２のスイッチを介して前記基準抵抗に印加された際に、前記第１の計測手段で計測された前記基準抵抗の降下電圧、ならびに前記第２の計測手段で計測された前記第１のスイッチの降下電圧とに基づいて、前記基準抵抗との相対比較により内部抵抗を算出する
ことを特徴とする請求項１記載のセンサ内部抵抗測定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサの内部抵抗の測定精度を改善したセンサ内部抵抗測定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、センサの内部抵抗を測定する技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献に記載されたセンサ内部抵抗測定回路を図２に示す。図２において、被測定対象のセンサ２０は、内部抵抗ＲＳとセンサ電圧ＶＳを出力するセンサ出力電源ＶＳとで構成されている。このセンサ２０には、内部抵抗ＲＳの測定時に、バイアス電源ＶＧとセンサ２０との間に直列に接続されたスイッチＳＷと直列抵抗ＲＶを介して電圧ＶＧがセンサ出力電源ＶＳに対して逆バイアスで印加される。センサ２０の両端間の電圧ＶＭは増幅器２１に入力されて計測され、増幅器２１の出力は、この出力に基づいて内部抵抗ＲＳを求めるマイクロコンピュータ（μＣ）２２のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄに与えられる。
【０００３】
このように構成されたセンサ内部抵抗測定回路において、スイッチＳＷがオンして電圧ＶＧがセンサ２０に印加されると、センサ２０には電流Ｉが流れる。これにより、センサ２０の端子間電圧ＶＭは、（数１）で表される。
【０００４】
（数１）
ＶＭ＝Ｉ×ＲＳ＋ＶＳ
また、電圧ＶＧは（数２）で表される。
【０００５】
（数２）
ＶＧ＝Ｉ×ＲＶ＋ＶＭ＝Ｉ×ＲＶ＋Ｉ×ＲＳ＋ＶＳ
上記により、センサ２０の内部抵抗ＲＳは、（数３）で表される。
【０００６】
（数３）
ＲＳ＝ＲＶ（ＶＭ−ＶＳ）／（ＶＧ−ＶＭ）
ここで、ＲＶならびにＶＧは予め設定されて既知の値であり、ＶＭはスイッチＳＷがオンした際（内部抵抗測定時）に増幅器２１で測定され、ＶＳはスイッチＳＷがオフ時（センサ２０の通常動作時）に増幅器２１で測定される。したがって、これらの測定結果ならびに上記（数３）に基づいて、センサ２０の内部抵抗ＲＳが求められる。
【特許文献１】特表平０４−５０１１７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上説明したように、従来のセンサ内部抵抗測定回路においては、内部抵抗を測定するためにセンサ２０に直列に接続された直列抵抗ＲＶの抵抗値は、既知の値として予め設定されているが、それぞれの測定回路毎に直列抵抗ＲＶの抵抗値にばらつきが生じていると、内部抵抗の測定結果にもバラツキが生じ、測定精度が悪化するといった不具合を招いていた。
【０００８】
また、センサ２０の通常動作時と内部抵抗ＲＳの測定時とを切り替えるために、スイッチＳＷがバイアス電源ＶＧとセンサ２０との間に接続されているので、内部抵抗ＲＳの測定時には、このスイッチＳＷのインピーダンスが測定に影響を及ぼすことになる。このため、測定精度の悪化を招くおそれがあった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部抵抗の測定精度を向上させたセンサ内部抵抗測定回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、センサに印加される測定電圧を出力する測定電圧源と、前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記測定電圧源から出力された測定電圧を選択的に前記センサに与える第１のスイッチと、前記センサの出力電圧を計測する第１の計測手段とを備えたセンサ内部抵抗測定装置において、前記センサと並列に設けられた基準抵抗と、前記第１のスイッチと前記センサとの間に設けられ、前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記測定電圧源から前記第１のスイッチを介して出力された測定電圧を選択的に前記センサ又は前記基準抵抗に与える第２のスイッチと、前記センサの内部抵抗を測定する測定動作時に、前記第１のスイッチの降下電圧を計測する第２の計測手段と、前記第１ならびに第２の計測手段の計測結果に基づいて、前記センサの内部抵抗を測定する測定手段とを有することを特徴とする。
【００１１】
上記特徴の請求項１の発明によれば、第１のスイッチのインピーダンスの影響を回避することが可能となり、センサの内部抵抗を高精度に測定することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記測定手段は、前記第１の計測手段で計測された、測定電圧が前記センサに印加されない通常動作時における前記センサの出力電圧と、前記測定電圧源から出力された測定電圧が前記第１ならびに第２のスイッチを介して前記センサに印加された際に、前記第１の計測手段で計測された前記センサの出力電圧、ならびに前記第２の計測手段で計測された前記第１のスイッチの降下電圧と、前記測定電圧源から出力された測定電圧が前記第１ならびに第２のスイッチを介して前記基準抵抗に印加された際に、前記第１の計測手段で計測された前記基準抵抗の降下電圧、ならびに前記第２の計測手段で計測された前記第１のスイッチの降下電圧とに基づいて、前記基準抵抗との相対比較により内部抵抗を算出することを特徴とする。
【００１３】
上記特徴の請求項２記載の発明によれば、測定動作時に、センサの出力電圧の計測と基準抵抗の降下電圧の計測とをそれぞれ独立して行うことが可能となり、センサの内部抵抗を精度良く測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１に係るセンサ内部抵抗測定回路の構成を示す図である。図１に示す実施例１のセンサ内部抵抗測定回路は、図２に示す従来例と同様に、温度により抵抗値が変化する内部抵抗ＲＳとセンサ出力電源ＶＳとで構成されたセンサ１０の内部抵抗ＲＳの抵抗値を測定する回路である。内部抵抗ＲＳが測定されるセンサ１０は、例えば排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサであり、この酸素センサは、例えば車両等の排気管の途中に配置され、排気管から排出される排気ガス中に含まれる酸素濃度を検出する。車両は、検出された酸素濃度に基づいて燃料と空気との混合比率である空燃比Ａ／Ｆを所定の理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１４．７）とするように吸引空気量をフィードバック制御している。
【００１６】
図１において、センサ１０は、そのセンサ出力電源ＶＳの負極側がグランド（ＧＮＤ）に接続され、正極側が内部抵抗ＲＳの一端に接続され、内部抵抗ＲＳの他端はスイッチＳＷ２を介して測定用抵抗ＲＶの一端に接続される。スイッチＳＷ２は、固定接点ａと選択接点ｂ又は選択接点ｃとの接続を切り替えるスイッチであり、固定接点ａは測定用抵抗ＲＶの一端に接続され、選択接点ｂはセンサ１０の内部抵抗ＲＳの他端に接続され、選択接点ｃは基準抵抗ＲＣの一端に接続されている。したがって、スイッチＳＷ２は、測定用抵抗ＲＶの一端とセンサ１０の内部抵抗ＲＳ又は基準抵抗ＲＣとを選択的に接続する。
【００１７】
測定用抵抗ＲＶは、その他端がスイッチＳＷ１を介して測定用バイアス電源ＶＣＣの正極側に接続され、測定用バイアス電源ＶＣＣの負極側は、グランド（ＧＮＤ）に接続されている。したがって、測定用バイアス電源ＶＣＣはセンサ１０に対して電圧ＶＣＣの逆バイアスを印加するように機能する。なお、グランド（ＧＮＤ）は、例えば測定用バイアス電源ＶＣＣの１／２の電位（ＶＣＣ／２）の仮想グランドであっても構わない。
【００１８】
基準抵抗ＲＣは、その一端がスイッチＳＷ２の選択接点ｃに接続され、他端がグランドに接続されている。スイッチＳＷ２の固定接点ａならびに測定用抵抗ＲＶの一端は、増幅器ＡＭＰ１の一方の入力端子に接続され、増幅器ＡＭＰ１の他方の入力端子はグランドに接続され、増幅器ＡＭＰ１の出力端子は、マイクロコンピュータ（μＣ）１１のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１に接続されている。したがって、増幅器ＡＭＰ１は、スイッチＳＷ２の固定接点ａと測定用抵抗ＲＶとの接続点の電圧ＶＭを計測する。
【００１９】
測定用抵抗ＲＶは、その一端が増幅器ＡＭＰ２の一方の入力端子に接続され、増幅器ＡＭＰ２の他方の入力端子は測定用バイアス電源ＶＣＣの正極側ならびにこの正極側に接続されたスイッチＳＷ１の他端に接続され、増幅器ＡＭＰ２の出力端子は、マイクロコンピュータ１１のＡ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ２に接続されている。したがって、増幅器ＡＭＰ２は、測定用バイアス電源ＶＣＣとスイッチＳＷ１との接続点と測定用抵抗ＲＶとスイッチＳＷ２との接続点との間の電圧ＶＲを計測する。
【００２０】
マイクロコンピュータ１１は、センサ１０の内部抵抗ＲＳを測定する動作を制御する制御中枢として機能し、内部に記憶された制御ロジックのプログラムに基づいて、内部抵抗ＲＳを測定する動作を制御実行する。マイクロコンピュータ１１は、センサ１０の通常動作時ならびにセンサ１０の内部抵抗ＲＳの測定時に応じて、スイッチＳＷ１ならびにスイッチＳＷ２の接続切り替えを制御する。また、マイクロコンピュータ１１は、増幅器ＡＭＰ１ならびに増幅器ＡＭＰ２によって計測されて各Ａ／Ｄ変換ポートＡ／Ｄ１，２に与えられた計測電圧ＶＲ、ＶＭに基づいて、センサ１０の内部抵抗ＲＳを求める。
【００２１】
なお、図１に示す構成において、破線で囲まれた部分、すなわち、センサ１０、基準抵抗ＲＣならびにマイクロコンピュータ１１を除いた測定回路の各構成要素はＩＣ化されている。
【００２２】
このような構成において、センサ１０の通常動作モードでは、スイッチＳＷ１はオフ状態、スイッチＳＷ２はその固定接点ａが選択接点ｂに接続され、センサ１０と増幅器ＡＭＰ１が接続されている。このような状態においては、測定用バイアス電源ＶＣＣからバイアス電圧ＶＣＣがセンサ１０に印加されず、センサ１０から出力されるセンサ電圧ＶＳは増幅器ＡＭＰ１で計測され、増幅器ＡＭＰ１の出力がセンサ１０のセンサ電圧ＶＳとなる。
【００２３】
一方、センサ１０の内部抵抗ＲＳを測定する、センサ１０の測定動作モードでは、先ず上述した通常動作モードにおいてセンサ１０から出力されるセンサ電圧ＶＳが増幅器ＡＭＰ１で計測され、計測結果はマイクロコンピュータ１１に与えられて内部のメモリに記憶される。
【００２４】
その後、スイッチＳＷ１をオン状態とし、スイッチＳＷ２の固定接点ａと選択接点ｂとを接続する。これにより、測定用バイアス電源ＶＣＣからセンサ１０に電圧ＶＣＣの逆バイアスが印加され、測定用バイアス電源ＶＣＣからセンサ１０に電流Ｉ１が流れる。この時に、スイッチＳＷ２の固定接点ａと測定用抵抗ＲＶとの接続点の電圧は、増幅器ＡＭＰ１で計測され、その計測電圧をＶＭ１とする。また、測定用バイアス電源ＶＣＣとスイッチＳＷ１との接続点とスイッチＳＷ１と測定用抵抗ＲＶとの接続点との間の電圧は、増幅器ＡＭＰ２で計測され、その計測電圧をＶＲ１とする。それぞれ計測された電圧ＶＲ１，ＶＲ２は、マイクロコンピュータ１１に与えられてメモリに記憶される。
【００２５】
次に、スイッチＳＷ１はオン状態のまま、スイッチＳＷ２の固定接点ａを選択接点ｃに接続する。これにより、スイッチＳＷ１ならびに測定用抵抗ＲＶを介して測定用バイアス電源ＶＣＣと基準抵抗ＲＣとが接続され、測定用バイアス電源ＶＣＣから基準抵抗ＲＣに電流Ｉ２が流れる。この時に、増幅器ＡＭＰ１で計測されたスイッチＳＷ２の固定接点ａと測定用抵抗ＲＶとの接続点の電圧、すなわち基準抵抗ＲＣの両端間の電圧は増幅器ＡＭＰ１で計測され、その計測電圧をＶＭ２とする。また、測定用バイアス電源ＶＣＣとスイッチＳＷ１との接続点とスイッチＳＷ１と測定用抵抗ＲＶとの接続点との間の電圧は、増幅器ＡＭＰ２で計測され、その計測電圧をＶＲ２とする。それぞれ計測された電圧ＶＭ２，ＶＲ２は、マイクロコンピュータ１１に与えられてメモリに記憶される。
【００２６】
マイクロコンピュータ１１は、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２で計測されてメモリに記憶された内容に基づいてセンサ１０の内部抵抗ＲＳを求める。
【００２７】
先ず、スイッチＳＷ２のオン抵抗をＲｓｗ２とすると、計測電圧ＶＭ１は、（数４）で表される。
【００２８】
（数４）
ＶＭ１＝Ｉ１×（ＲＳ＋Ｒｓｗ２）＋ＶＳ
また、スイッチＳＷ１のオン抵抗をＲｓｗ１とすると、電流Ｉ１と測定用バイアス電圧ＶＣＣとの関係は、（数５）で表される。
【００２９】
（数５）
ＶＣＣ＝Ｉ１×（ＲＶ＋Ｒｓｗ１）＋Ｉ１×（ＲＳ＋Ｒｓｗ２）＋ＶＳ
上記（数４）ならびに（数５）により、次の（数６）が成立する。
【００３０】
（数６）
（ＲＳ＋Ｒｓｗ２）＝｛（ＶＭ１−ＶＳ）／（ＶＣＣ−ＶＭ１）｝×（ＲＶ＋Ｒｓｗ１）
また、計測電圧ＶＭ２は、（数７）で表される。
【００３１】
（数７）
ＶＭ２＝Ｉ２×（ＲＣ＋Ｒｓｗ２）＋ＶＳ
電流Ｉ２と測定用バイアス電圧ＶＣＣとの関係は、（数８）で表される。
【００３２】
（数８）
ＶＣＣ＝Ｉ２×（ＲＶ＋Ｒｓｗ１）＋Ｉ２×（ＲＣ＋Ｒｓｗ２）
上記（数７）ならびに（数８）により、次の（数９）が成立する。
【００３３】
（数９）
（ＲＶ＋Ｒｓｗ１）＝（ＶＣＣ−ＶＭ２）｝×（ＲＣ＋Ｒｓｗ２）
上記（数６）ならびに（数９）により、次の（数１０）が成立する。
【００３４】
（数１０）
（ＲＳ＋Ｒｓｗ２）＝｛（ＶＭ１−ＶＳ）／（ＶＣＣ−ＶＭ１）｝×（ＶＣＣ−ＶＭ２）
×（ＲＣ＋Ｒｓｗ２）
上記（数１０）に、（ＶＲ１＝ＶＣＣ−ＶＭ１）ならびに（ＶＲ２＝ＶＣＣ−ＶＲ２）の関係を代入すると、次の（数１１）が成立する。
【００３５】
（数１１）
（ＲＳ＋Ｒｓｗ２）＝（ＶＭ１−ＶＳ）×ＶＲ２／ＶＲ１×（ＲＣ＋Ｒｓｗ２）
上記（数１１）に示す関係式にしたがって、マイクロコンピュータ１１のメモリに記憶された、計測電圧ＶＳ，ＶＲ，ＶＭ１ならびにＶＲ２を参照して、センサ１０の内部抵抗ＲＳを基準抵抗ＲＣと相対比較し、内部抵抗ＲＳを求める。最後に、スイッチＳＷ１をオフ状態とし、スイッチＳＷ２の固定接点ａを選択接点ｂに接続して、測定動作モードを終了し、通常動作モードに戻る。
【００３６】
このように、この実施例１のセンサ内部抵抗測定回路においては、センサ１０に対して並列に基準抵抗ＲＣを設け、測定動作モード時に測定用抵抗ＲＶと基準抵抗ＲＣとを接続し、直列接続されたスイッチＳＷ１と測定用抵抗ＲＶ間の電圧を計測し、この計測結果をを参照して、センサ１０の内部抵抗ＲＳを基準抵抗ＲＣとの相対比較により求める構成を採用している。これにより、内部抵抗ＲＳの測定において、センサ１０の最も精度が必要とされる温度（内部抵抗ＲＳ）の要求精度を確保し、かつスイッチＳＷ１，ＳＷ２のオン抵抗の影響、ならびに測定用抵抗ＲＶのばらつきによる影響を回避することができる。これにより、センサ１０の内部抵抗ＲＳを従来に比べて高精度に測定することが可能となる。
【００３７】
また、内部抵抗ＲＳの測定動作モード時に、増幅器ＡＭＰ１によるセンサ１０の出力電圧の計測と、基準抵抗ＲＣの両端間の電圧の計測をスイッチＳＷ２により切り替えて行うことで、それぞれの計測をそれぞれ独立して実施することができ、内部抵抗を高精度に測定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１に係るセンサ内部抵抗測定回路の構成を示す図である。
【図２】従来のセンサ内部抵抗測定回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０，２０…センサ
１１，２２…マイクロコンピュータ
２１，ＡＭＰ１，ＡＭＰ２…増幅器
Ａ／Ｄ，Ａ／Ｄ１，Ａ／Ｄ２…Ａ／Ｄ変換ポート
ＲＣ…基準抵抗
ＲＳ…内部抵抗
ＲＶ…測定用抵抗
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
ＶＣＣ…測定用バイアス電源
ＶＳ…センサ出力電源
ａ…固定接点
ｂ…選択接点
ｃ…選択接点
【図１】
2005249713.tif 000003
【図２】
2005249713.tif 000004