(57)【要約】磁気風酸素検知装置（１００）は、磁極片（１０２Ａ、１０２Ｂ）により規定される局所的な磁界を提供し、周囲の混合気体における酸素濃度を測定するために局所的な磁界内のブリッジにおいて複数の熱素子（Ｗ１、Ｒ１２、Ｒ１１；Ｗ２、Ｒ２１、Ｒ２２）を使用し、磁気風を生成すると共にその結果として検知素子において誘起される熱効果を判定する。一方が各風発生器の上流にあり、他方が下流にあり、双方が隣接する気体とほぼ熱平衡状態にあるように一対の検知素子が配置される。酸素があると、２つの検知素子の一方は、局所的なヒータにより設定される温度より低くなるように受動的に冷却され、他方は、それより高くなるように受動的に加熱される。酸素がない場合、各センサは同じ温度にあるために自己ゼロ化する。このゼロ点は異なる熱特性を有する複数の背景気体が存在するときにはシフトしない。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
局所的な磁界で動作可能な磁気風酸素検知装置であって、前記局所的な磁界内のブリッジに複数の熱素子が配置され、磁気風を生成しその結果として前記素子において誘起される熱効果を判定することによって周囲の混合気体における酸素濃度を測定し、前記風が前記気体中に存在する酸素の常磁性を局所的に弱める１対の加熱素子により生成される磁気風酸素検知装置において、
前記加熱素子の各々は、ブリッジに配置される２つの熱検知素子により包囲され、前記検知素子が周囲の気体とほぼ熱平衡状態にあるように動作させられるため、ゼロ点が背景気体の組成の変化に伴って変動しないことを特徴とする磁気風酸素検知装置。
【請求項２】
前記検知素子は、前記加熱素子から独立した電源を使用する請求項１記載の磁気風検知装置。
【請求項３】
前記加熱素子は、前記検知素子の出力を一定に維持するように可変的に給電される請求項１記載の磁気風検知装置。
【請求項４】
前記検知素子は、酸素レベルがゼロのときにゼロ読取り値を提供するように構成された自己ゼロ化ブリッジに配置される請求項１記載の磁気風検知装置。
【請求項５】
前記検知素子は、前記素子の位置が熱クリープ及び変位の影響を受けないままであるように、受動的に直接の周囲の気体の局所的な周囲温度とほぼ同じ温度であり、それにより前記ブリッジの長期安定性を向上する請求項１記載の磁気風検知装置。
【請求項６】
局所的な磁界で動作可能な磁気風酸素検知装置であって、前記局所的な磁界内のブリッジに複数の熱素子が配置され、磁気風を生成しその結果として前記素子において誘起される熱効果を判定することによって周囲の混合気体における酸素濃度を測定し、前記風が前記気体中に存在する酸素の常磁性を局所的に弱める１対の加熱素子により生成される磁気風酸素検知装置において、
前記熱検知素子の各々は複数の熱検知素子と関連しており、全ての熱検知素子は、ほぼ隣接する気体の温度に受動的にあり、前記素子の位置が熱クリープ及び変位の影響を受けないままであるように、無視できる程度の電力損を有する検知回路を伴ってブリッジにおいて動作し、それにより前記ブリッジの長期安定性を向上する磁気風酸素検知装置。
【請求項７】
局所的な磁界及び前記局所的な磁界内のブリッジに配置される複数の熱素子を提供し、磁気風を生成しその結果として前記素子において誘起される熱効果を判定することによって周囲の混合気体における酸素濃度を測定する種類の磁気風酸素検知方法であって、前記風が前記気体中に存在する酸素の常磁性を局所的に弱める１つ以上の加熱素子を提供することにより生成される磁気風酸素検知方法において、
２つの熱検知素子により包囲される１対の加熱素子を提供することと、
ブリッジを成し、ゼロ点が背景気体の組成の変化に伴って変動するのを防止すべく前記検知素子がほぼ隣接する気体の温度にあるように無視できる電力損を有する検知回路を伴って動作する前記検知素子を配置することとから成ることを特徴とする磁気風酸素検知方法。
【請求項８】
前記検知素子から独立した電源を用いて前記加熱素子を駆動する過程を更に含む請求項７記載の磁気風検知方法。
【請求項９】
前記検知ブリッジの出力を一定にするようにフィードバックループにおいて前記加熱素子を駆動する過程を更に含む請求項７記載の磁気風検知方法。
【請求項１０】
酸素レベルがゼロのときにゼロ読取り値を提供するように構成された自己ゼロ化ブリッジに前記検知素子を配置する過程を更に含む請求項７記載の磁気風検知方法。
【請求項１１】
前記素子の位置が熱クリープ及び変位の影響を受けないままであるように、前記検知素子がほぼ一定の周囲温度に受動的にあるように配置し、それにより前記ブリッジの長期安定性を向上する過程を更に含む請求項７記載の磁気風検知方法。
【請求項１２】
磁気風を生成しその結果として前記素子において誘起される熱効果を判定することによって周囲の混合気体における酸素濃度を測定するように局所的な磁界に対して配置されるブリッジに複数の熱素子を配置する過程とこれを動作させる過程とから成り、前記風が前記気体中に存在する酸素の常磁性を局所的に弱める１対の加熱素子を駆動することにより生成される磁気風酸素検知方法において、
ブリッジを成すように構成され、検知回路を伴って動作させられる１対の検知素子を含む１組の熱検知素子を提供する過程から成り、
前記検知素子は、ほぼ一定の局所的な温度と熱平衡状態にあり、その結果、前記素子の位置が熱クリープ及び変位の影響を受けないままであり、それにより前記ブリッジの長期安定性を向上することを特徴とする磁気風酸素検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合気体中に存在する酸素の濃度を測定するためのセンサであり、混合気体中の酸素の常磁性により測定装置内の磁界に形成される風に起因する熱効果の検知に依存するセンサ及びシステムに関する。酸素濃度の測定に関しては様々な測定装置の記述が行なわれてきているが、これらの磁気風酸素検知システムは、磁界に配置されると常磁性酸素がある方向に圧力を及ぼすのに対して、ほぼ反磁性気体から構成される混合気体の酸素以外の成分は局所的な磁界による影響を受けないという事実に基づいている。酸素と反磁性気体との混合気体は、磁気的な観点からみて、各成分の磁化率の重み付き平均に等しい磁性（磁化率）を有する単一の成分としてふるまう。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置の１つは、温度と酸素の磁化率との間の逆の関係に基づいて酸素の濃度を測定する。この装置は、磁界の局所的な領域において酸素を含有する混合気体の一部の温度を上昇させて差圧を生み出し、指向性の風を発生させるためにヒータを備える。風の強さは、局所的な磁界、局所的な温度差又は温度勾配、及び酸素のレベルによって決まる。風の移動により熱が伝達されたり、構成要素のいずれかが選択的に冷却されたりするように、加熱素子と熱検知素子とを近接して配置することによって、この風の強さ又は酸素濃度に対する機能的な関係が調整されても良い。
【０００３】
１つ以上のこれらの効果を利用する計測器について記述する従来技術の刊行物及び特許の幾つかが、出願人の先願である特許文献１、特許文献２において参照されている。これらの特許の全内容は参照により本明細書に組み入れられる。検知ブリッジ及びブリッジを平衡化する温度制御構成又は電流制御構成を示す回路図に特に注目する。補正の必要がある複雑にする要因の中に、いわゆる煙突効果、すなわち、加熱された気体の密度低下により誘起される自然の指向性の流れが熱素子の応答を混乱させないように配置、すなわち、幾何学的配置を規定する問題と測定量に加えて背景気体の特定の熱又は熱容量による冷却速度又は加熱速度を補償する問題とがある。前述の特許では、これらの要因に対処する構成が幾つか提起されている。回路レベルでは、これらの構成は、空間的な配置の結果として対称性を得る効果を平衡化させるべくブリッジを成すように配置された複数の加熱素子又は検知素子の使用を含むかもしれない。別の有用な技術は、アセンブリの一部を一定の温度に電気加熱し、その温度を維持するのに必要な電流を監視することを含む。この電流は、他のパラメータが参照される正規化測定値を得るのに使用されても良い。
【特許文献１】
日本特許第2515247号
【特許文献２】
日本特許第2947904号
【０００４】
この技術の１つの基本的な制限は、風を検知するのに小型の被加熱検知素子を使用することにある。これらの素子の温度は、加熱フィールド構造及び磁気フィールド構造により誘起される磁気風の大きさのみならず、存在する背景気体の熱伝達特性によっても影響される。背景気体の変化は、検知回路のゼロ点（すなわち、酸素濃度が０のときの出力）においてシフトを誘起する。
【０００５】
更に、前述の特許に示すような構成により常磁性酸素検知システムの正確性は向上されたが、これらの構成はブリッジ構成における複数の素子の使用に依存する。このため、通常、各素子の応答及び特徴パラメータが相当に類似している必要がある。すなわち、各構成要素が整合する必要がある。各構成要素の回路特性の整合は、通常、実行可能であり、特に、数百又は数千の実質的に同一のユニットが単一のウエハ上に単一のプロセスで作製された薄膜デバイスの場合には、整合は最初に非常に正確に実行されても良い。しかし、基本的な応答特性の最初の整合は、精度の維持を保証するには不十分である。実際問題として、サーミスタ又は抵抗型加熱素子などの別個のセンサが使用される場合、センサデバイス内に搭載・配置するプロセスは、応答の非対称又は配置の不安定性をもたらす恐れがあり、結果としてある時間にわたって応答が非対称になる。例えば、サーミスタが大規模な磁石構造の壁に近接して搭載される場合、サーミスタと壁との間の気体の伝導による冷却速度は、背景気体の組成及びその熱容量に伴って変動する。更に、ある背景気体において、このような導電性の損失は、壁への近接度がわずかに変化するだけでも顕著に影響を受ける。これにより、不相応に大きな導電性又は放射性の熱損失が発生するか、あるいは、逆に境界層流の停滞が発生する恐れがある。
【０００６】
先行技術では、背景気体の熱特性への依存に対処するために種々のアプローチが提起されてきた。例えば、先に引用した特許では、ブリッジを一定の温度に維持し、背景気体の効果を補償するための調節を実行する方法及び回路が教示されている。しかし、このようなブリッジ回路は、背景気体の変化により誘起される変動を拡大する恐れがあり、補正回路はこのような背景誘起変動に対して十分な補正を行なわない可能性がある。更に、ブリッジ中の面的に同一の構成要素は、直列に配置される場合には同じ駆動電流に対して異なる応答をする可能性がある。これは、これらの熱損失特性があまり整合していないからである。不整合は、回路素子の応答において内在的に発生するか、あるいは、対の一方が近くの構造から５０又は１００μｍずれた位置に配置されるために発生する。小型の被加熱素子は、本質的に熱応力及び熱サイクルに影響されやすく、ワイヤをシフトさせると共に局所的な幾何学的配置を経時変化させる。最初に適切に配置され、整合している構成要素の集合に対してさえも、先に説明したような非対称効果をもたらす。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
これらの効果は、ブリッジ回路の実際の有効性を不均衡化する又は損ねる可能性があり、調整の損失につながる恐れがある。
【０００８】
磁界内の常磁性気体の作用により発生する力のレベルは微小であり、誘起される風の効果を検知可能であるように熱検知素子及び熱発生素子が十分に小型化される必要があるため、問題は悪化する。高流束が達成され、風が効果的に流れて高速化されるように、センサは十分に小さい通路に搭載されるのが更に望ましい。しかし、小型の熱素子は必ず小型の導体に搭載されるので、通常の屈曲、構造的なたわみ、振動、及び熱膨張の効果は、加熱・検知素子の実際の位置の移動、すなわち、シフトをもたらす結果となる。このため、風により誘起される熱伝達、各々が熱を損失する速度、一定の温度、抵抗値、又は素子内の信号を維持する電力への応答は、背景気体の特性に伴う変化と同様に経時変化することになる。これは、各素子が加熱されて風を発生すると共に、加熱された素子へ伝達する熱又は素子から伝達される熱に応答する検知素子として使用される構成において特に言えることである。
【０００９】
この問題への１つのアプローチは、従来の検知ブリッジ回路を組み込む厳密なプレーナデバイスを提供する、すなわち、チップの表面上に極めて正確な配列を成して作製される抵抗型加熱素子及び温度検知素子を有する小型のチップを提供することである。しかし、このような構成は独自の問題をもたらす可能性がある。所期の検知環境に対して要求される金属被覆が所望のチップ技術の金属化学との適合性がないのみならず、厳密なプレーナデバイスの使用は、小さな風の効果に依存する測定装置に適していない可能性がある。これは、プレーナデバイスの表面に近接して測定される気流に多大な影響を及ぼす境界層効果が、モデル化したり、漸近極又はヌル挙動を有するのが困難である可能性があり、酸素レベルを伴う応答の補正を防止するであろう変動に適用できない、すなわち、影響されやすい通常の物理モデルをレンダリングするためである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
従って、改善された安定性及び予測可能性を有する常磁性酸素検知装置を提供するのが望ましいであろう。
【００１１】
更に、酸素成分が出現する背景気体の組成の変化に伴う変動及び外乱をうけにくい磁気風酸素検知装置を提供するのが更に望ましい。
【００１２】
上述の所望の目的の１つ以上は、本発明によれば、例えば、磁極片により規定される局所的な磁界を提供し、周囲の混合気体中の酸素濃度を測定するために局所的な磁界においてブリッジを成すように配置される複数の熱検知素子を有する磁気風酸素検知デバイスによって達成される。このデバイスは、磁気風を発生させ、その結果として素子内で誘起される熱効果を検知する。風は高電界強度の領域に配置される加熱素子により発生する。熱は気体中の酸素の常磁性を局所的に弱め、同一組成の未加熱気体と比較して圧力降下を引き起こす。その結果、磁界の冷却気体が暖められた気体に取って代わり、ヒータ素子の上方に流れる。各風発生器は２つの検知素子間に配置される。この検知素子は、共に風発生器から熱を受けるが、一方は幾分か冷却され（全体としての測定セルの低温度領域から気体を流すことによる。測定セルはここでは、単に「周囲」と呼ばれる）、他方は生成された風によって幾分か加熱されるように配置される。重要なのは、酸素がないときには気流がなく、中間に配置される風発生器から受ける熱により２つの検知素子は同じ温度（直接包囲する気体の温度でもある）になることである。結果として、周囲の（固定の）気体の導電特性が変化するときでもゼロ点は固定のままである。酸素が存在するときには風が発生する。この風が上流のセンサにより受ける熱を削減し、実際に同量だけ下流のセンサが受ける熱を増加させる。しかし、２つのセンサの全体的な抵抗値はほぼ変化しない。従って、この量は、中央の風発生ヒータ要素のレベルを正確に制御するのに使用することができる。
【００１３】
検知素子はブリッジを成すように配置されるのが好ましく、検知は非常に弱い電流の回路に取り付けられる素子を用いて検知素子の抵抗値を検出することにより実行されるので、素子における電力損失は無視できる程度である。風発生器又はヒータ素子は、可変のレベルで給電されても良く、検知素子の温度又は検知素子から構成されるブリッジ回路の出力を一定のレベルに維持するためにフィードバック信号に応答する。検知部は、風発生ヒータ素子から完全に独立した電源を更に使用しても良い。この場合、読取り値は風発生器へと伝達されるヒータ電力のレベルの変化による影響を受けない。従って、好適なセンサブリッジは、自己ゼロ化して酸素レベルが背景気体の組成に関わりなくゼロであるときにゼロの読取り値を提供し、位置変化及びブリッジの応答のセンサにおいて結果的なアーティファクトをもたらす熱応力には影響されない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の性質及び目的をより完全に理解するために、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照する。
【００１５】
本発明の主要な面によると、改良型の熱磁気風センサは、検知アセンブリの損失定数の不整合又は変化に起因する可変性による影響をほとんど受けないように構成されるセンサ構成により達成される。上述のように、背景気体の熱特性に変化があるとき及び回路素子にごくわずかな変位が発生するときには、熱損失が変動しやすい。本発明の一面では、１つには、正確な位置に表面の加熱素子又は検知素子を有する幾何学的配置の制御されたデバイスを設けることによって、このような作用の１つ以上による影響を免れることができる。別の面において、本発明は加熱機能又は風発生機能と検知機能とを分離するので、検知素子が漸進的な熱シフト、ひずみ、及び応力にさらされることはない。好適な面において、対の検知素子は受動的に加熱又は冷却されるように構成されるが、その温度は常に局所的な測定領域の周囲温度の近辺にあり、例えば、周囲温度よりわずかに高い温度で維持されても良い。更に第４の面において、本発明は、一対のヒータ素子の各々の磁気風における上流及び下流に検知素子を配置し、検知素子から成る検知ブリッジを形成する。
【００１６】
検知素子は、指向性作用を補償するために加熱素子の周囲に対称的に配置されても、一定の又は制御された温度を有する測定ブリッジ回路に配置されても良い。検知素子は出力信号の必要条件に適合するような制御された電流レベルで動作するのが好ましいが、このレベルは、自己発熱がごくわずかな閾値を下回る程低いレベルである。測定ブリッジの抵抗値は、被加熱風発生素子に供給される駆動電流を変化させることによって一定のレベルに制御されても良い。すなわち、中央に配置され別々に電力を供給される風発生加熱素子により発生する熱は、測定ブリッジからのフィードバックを使用して制御される。
【００１７】
このように構成されているので、酸素が存在しないときには双方の測定センサが加熱素子の周囲の局所的な領域の気体とほぼ同じ温度にある（例えば、約１２０℃に設定されても良い）。従って、背景気体の組成の変動により、様々なセンサの熱損失が変化したり、ゼロ点がシフトしたりすることはない。測定セルは全体として気体環境よりもわずかに高い温度、例えば、約１００℃に維持されても良い。酸素が気体中に存在するときには、一対のセンサの温度はわずかに異なるが、その平均温度は変らない。このため、磁気風が存在する場合でも温度の格差はごくわずかであり、熱サイクルのレベルは無視することができる。
【００１８】
結果として、この構成では非常磁性気体の各成分の組成が変化してもセンサに対して原点オフセットが行なわれることはなく、センサワイヤは従来の構成での熱サイクル及びクリープの影響を受けることはない。短期変化の主要な環境的原因及び長期ドリフトの主要な物理的原因に影響されなくなる。
【００１９】
本発明は、図１に示す従来の酸素センサ装置１００の説明に続く特定の実施例の状況において最も良く理解されるであろう。図１に示すように、２対の電熱式サーミスタＲ１、Ｗ１及びＲ２、Ｗ２が強力な磁界の縁部に配置される。電熱式サーミスタの各対のうちの第２サーミスタ、例えば、サーミスタＲ１又はＲ２は、対応する風発生被加熱サーミスタＷ１又はＷ２に隣接するようにそれぞれ配置されるが、磁界の強度が最も高い領域の外側に選択的にオフセットされる。これは、図１では、２つの対向する磁石部分１０２ａ、１２０ｂの磁極片１０４ａと１０４ｂとの間に定められる間隙に隣接するように示されている。この構成において、周囲気体中に酸素が存在し、サーミスタＷ１及びＷ２が電気的に加熱される場合、ヒータの周囲の常磁性の低下は、ヒータを越えた磁気領域からの正味圧力を招き、図１の矢印によって示されるように各対の隣接するサーミスタの方向へと動くように気流を導く。このため、風発生サーミスタＷ１及びＷ２は隣接するサーミスタＲ１及びＲ２に熱を奪われる。酸素の濃度に比例して、風発生サーミスタＷの温度は下降し、検知サーミスタの温度は上昇する。先に参照した特許では、多様なドリフト又は不安定性を補償することができる可変素子と共に種々の検出回路及び駆動回路を説明している。これらの回路では、素子Ｒ１、Ｗ１、Ｒ２、及びＷ２はブリッジを形成するように接続される。
【００２０】
本発明の一面によると、図２に示すように風発生／検知構成を提供することによってこの構成の構造的不安定性及び背景気体依存状態に対処する。本発明のこの面では、各風発生器Ｗ１又はＷ２は、２つのセンサＲ１１、Ｒ１２又はＲ２１、Ｒ２２によりそれぞれ包囲される。図２に示すように、検知セルの幾何学的配置は、２つのサーミスタ又は他の検知サーミスタが各風発生素子の両側、すなわち、誘起された流れの方向に対して上流及び下流に配置される点を除いて図１の従来のセルに類似している。検知素子は対応する風発生器に近接して配置されているので、各対は風発生器により設定される温度とほぼ同じ温度である。すなわち、検知素子は風発生器及び隣接する環境によって受動的に加熱される。
【００２１】
例示の実施例では、測定セル（すなわち、気体試料セル及び磁石間領域）は全体として１つの温度（例えば、約１００℃。通常、環境よりも幾分か高い）に設定されるが、風発生加熱素子には電力が供給されるために発生器素子の直近の狭い領域ではより高い温度（例えば、約１２０℃）に設定される。この温度はセルの温度に近接するように設定されるのが好ましいが、存在するあらゆる酸素の常磁性のレベルを低下させる程に高い温度であるので、風を発生させる。図２において、矢印はセルの中央領域からセンサ及び風発生器を越えて外側に向かう気流の方向を示す。この構成では、酸素が存在するときには、高い磁界の間隙にある上流のセンサＲ１１及びＲ２１は１つの温度（例えば、ヒータＷ１又はＷ２により設定される公称の１２０℃よりわずかに低い）にあり、下流（外側）のセンサＲ１２及びＲ２２は、磁気間隙の高圧の領域からヒータＷ１及びＷ２を越えて外側に流れる風によりそのレベルをわずかに超えるように加熱される。本質的に、発生器Ｗ１又はＷ２により生成される局所的な熱は外側にシフトするので、内側のセンサよりも外側のセンサＲ１２及びＲ２２に影響を及ぼす。
【００２２】
更に、図３Ａを参照して以下で説明するように、検知サーミスタは、少なくともヒータドローから比較的独立している電流回路を用いて駆動されても良い。センサの電流は、ヒータの電流から完全に独立しているのが好ましく、図３Ａに示すように、一定の電流供給により駆動されるサーミスタなどの抵抗型検知素子と共に実現されるのが最も好ましい。この電流は、検知素子の加熱が無視できる程度のものであるように十分に低く設定される。検知素子は、受動的に直接包囲する気体の温度又はその近辺の温度になる。周囲との熱交換は無視できる程度であり、試料気体中の様々な背景気体成分の熱容量の変化と共に変動することはない。結果として、センサのゼロ点は背景ガスの成分が変化してもシフトしない。また、全体的な温度差は小さくほぼ一定であるので、変化する熱サイクルの種別又は図１のデバイスにおいて発生する抵抗加熱のオフセットによる影響をほとんど受けない。種々のセンサ間で発生する位置決め又は位置における差異は、関連の整合する特徴に比較的小さい影響しか及ぼさない。更に、抵抗検知回路をヒータＷ１及びＷ２に対する駆動回路から独立させることによって、センサの読取り値は風発生素子Ｗ１及びＷ２により引き起こされる電流の変動を受けて２次的な変化を被ることがなくなる。
【００２３】
図３Ａ及び３Ｂは、この動作を達成するのに適した回路構成を示す。
【００２４】
図３Ｂに示すように、図２に示す測定セルのための本発明の測定回路２００は、直列接続された検知素子Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、及びＲ２２を有する。内側のセンサＲ１１及びＲ２１は、パワー端子Ｔ１と端子Ｔ２との間でブリッジの１つのレッグを形成し、外側のセンサＲ１２及びＲ２２は端子Ｔ２と端子Ｔ３との間で別のレッグを形成する。図２のＷ１及びＷ２に対応する風発生素子ＷＧ１及びＷＧ２は、Ｔ１・Ｔ３間に接続されるが、検知素子からは独立している。すなわち、ＷＧ１及びＷＧ２は別の電流経路にあり、回路上の負荷の優勢を構成する。図３Ｂにおいて更に示されるように、検知素子により形成される２つのレッグは測定ブリッジ回路を構成する。この測定ブリッジ回路は、酸素が試料気体中にある場合に内側（上流）のセンサと外側（下流）のセンサとの間の温度差によりもたらされる抵抗値の変化により不均衡状態になる。不均衡状態は酸素濃度に比例する。
【００２５】
この回路の種々の特徴は、上述の米国特許で示される回路に類似している。回路のこのような面に対して一般的な検討を行なう場合にはこれらの特許への参照を行なう。増幅器Ａ１は、一定の電圧供給源に接続される電位差計ＲＴを参照する入力を有し、その出力はトランジスタＳＴを駆動して加熱素子ＷＧ１及びＷＧ２に対して調節可能な駆動信号を供給する。駆動信号は、これらの素子の温度又は電流を設定する。増幅器Ａ２は、抵抗ＲＳを介してブリッジバランスを回復するのに必要な電流の変化を検知する。増幅器の出力はブリッジから得られる酸素読取り値を補正するための乗数として使用されても良い。
【００２６】
好都合なことに、本発明の測定セル中の加熱素子、すなわち、風発生素子は、測定ブリッジの一部を形成しない。検知素子は非常に高い抵抗値を有する可能性があるため、その中を流れる電流は小さく、顕著な内在性の加熱をもたらすことはない。検知素子は周囲の気体とほぼ熱平衡状態にある。結果として、周囲の気体の熱損失は無視できる程度であり、背景気体の熱容量における変化がブリッジ素子の動作温度に影響を及ぼすことはない。
【００２７】
図３Ａは、本発明の酸素検知システムの動作に対する別の回路を示す。本実施例では、風発生加熱素子ＷＧ１及びＷＧ２がブリッジ出力に基づいてトランジスタＳＴにより別個に電力を供給される一方、独立した一定電流の電源は、検知ブリッジ回路の両端に接続される。これにより、不整合又は制御不良の熱損失による変動のない極めて正確なブリッジ測定が可能になる。
【００２８】
本発明の別の面によると、検知システムは薄膜又はディスク基板センサ構成などの一様かつ正確なセンサブリッジ形状及び間隙配置形状を規定する統合的なセンサアセンブリを用いて実現されても良い。図４は、本発明のこの面の一実施例を示す。図４に示すように、本発明のこの面によると、薄型セラミックディスクなどの基板Ｄは、図中「Ｓ」として示される検知素子リード（プラチナリードなど）又は（例えば、リソグラフィマスクを介するスパッタリングなどにより）表面に形成された実際の検知素子の正確に配置されたパターンを有する。また、ヒータ素子は基板上に形成されても良いが、ヒータリードパッド「Ｈ」により定められた位置において示されるように、別々に取り付けられるのが好ましい。図面は概要を示しているに過ぎない。他の実現例では、製造必要条件を満たすため、ヒータ又はセンサを風の経路により良く配置するため、あるいは、常磁性風センサの物理的動作を最適化するために、説明した構造又は素子の変形物に対してポスト又はスタンドオフを使用しても良い。
【００２９】
本実施例では、固定で対称性の高い構成を有し、正確に整合する素子又は同一に作製された素子を搭載するチップ又はディスクを提供することにより、種々の素子は基本的な動作パラメータ及びゼロ点における不整合、熱クリープ、及びドリフトを防止するために正確かつ不変の幾何学的配置を有することができる。
【００３０】
以上本発明を説明したが、当業者は更なる変更及び変形を想到するであろう。このような変更及び変形の全ては、本明細書において添付の特許請求の範囲とその同等物により定義されるように本発明の趣旨の範囲内にあるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来のブリッジ形酸素検知セルを示す概略図。
【図２】本発明による酸素検知セルを示す対応の概略図。
【図３Ａ】本発明の実施に適した検知回路を示す図。
【図３Ｂ】本発明の実施に適した別の検知回路を示す図。
【図４】一体型基板における実施例を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１００…酸素センサ装置、１０２Ａ、１０２Ｂ…磁石部、１０４Ａ、１０４Ｂ…磁極片、２００…測定回路、Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２…検知素子、Ｗ１、Ｗ２…風発生被加熱サーミスタ、ＷＧ１、ＷＧ２…風発生素子
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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2004529332.tif 000009
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【国際調査報告】
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