(57)【要約】【課題】温度補正の精度を向上させる。【解決手段】冷水または温水の圧力を検出する圧力検出部１１と、圧力センサの温度を検出する温度検出部１２と、圧力検出部１１による検出信号から温度変化による変動分を除外する補正処理に用いる補正式の情報として、温度検出部１２による検出温度が冷水の温度範囲に含まれるときに適用する冷水用の補正式情報、および温度検出部１２による検出温度が温水の温度範囲に含まれるときに適用する温水用の補正式情報を記憶する補正式記憶部１８と、温度検出部１２による検出温度が属する温度範囲として、冷水の温度範囲または温水の温度範囲のいずれか一方を決定する温度範囲決定部１６と、温度範囲決定部１６により決定された温度範囲に対応する補正式を用いて、圧力検出部１１による検出信号を補正し、当該補正後の信号を測定信号として出力する補正演算部１７と、を備える。【選択図】図２
2012002741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定対象の物理量を検出する物理量検出素子と、
前記物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する補正処理に用いる補正式の情報として、前記物理量検出素子の温度が第１の温度範囲に含まれるときに適用する第１の補正式の情報、および前記物理量検出素子の温度が前記第１の温度範囲と重複しない第２の温度範囲に含まれるときに適用する第２の補正式の情報を記憶する補正式記憶部と、
前記温度検出素子の検出温度が属する温度範囲として、前記第１の温度範囲または前記第２の温度範囲のいずれか一方を決定する温度範囲決定部と、
前記温度範囲決定部により決定された前記温度範囲に対応する前記補正式を用いて、前記物理量検出素子の検出信号を補正し、当該補正後の信号を測定信号として出力する補正演算部と、
を備えることを特徴とする物理量センサ。
【請求項２】
前記第１の補正式および前記第２の補正式は、自補正式に対応する前記温度範囲において、前記物理量検出素子の検出信号に対応する出力値と補正後の前記測定信号に対応する値との間の最大誤差を最小とする一次補正式であることを特徴とする請求項１記載の物理量センサ。
【請求項３】
前記被測定対象の物理量は、流体の圧力であることを特徴とする請求項１または２記載の物理量センサ。
【請求項４】
前記物理量検出素子を二つ備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の物理量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は物理量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、被測定対象の圧力を２つの圧力センサでそれぞれ検出するデュアル圧力センサが開示されている。この特許文献１のデュアル圧力センサは、例えば、下記特許文献２に記載されている流量制御弁の弁本体に取り付け、差圧センサとして使用することができる。この場合に、デュアル圧力センサは、弁体より上流側の流体圧力と弁体より下流側の流体圧力とをそれぞれ検出し、流量制御弁を制御する流量測定装置に出力する。流量測定装置は、上流側の流体圧力と下流側の流体圧力との差圧に基づいて流量制御弁の流路内を流れる流体の流量を算出する。
【０００３】
ところで、圧力センサには、出力値が使用時の温度に応じて変動する温度特性を有するものがある。このような温度特性を有する圧力センサを用いて流体の流量を精度良く算出するためには、圧力センサの出力値を的確に温度補正し、出力値から温度変化による変動分を除外する必要がある。下記特許文献３には、センサの出力値を温度補正する際に、非線形な温度特性曲線における温度範囲を複数の区間に分割し、各区間の両端を結ぶ直線上の値を用いて温度補正する技術が開示されている。下記特許文献４には、温度特性曲線に最も近い高次式を求め、この高次式を用いてセンサの出力値を温度補正する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３１００３号公報
【特許文献２】特開２００９−１１５３０２号公報
【特許文献３】特開２００４−２９４１１０号公報
【特許文献４】特開平６−２９４６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の温度補正では、直線で結ばれる分割区間の両端では温度特性曲線との差がない状態で補正できるが、分割区間の中間位置では温度特性曲線との差が大きくなり、温度補正の精度が低下してしまう。また、上記特許文献２の温度補正では、１つの高次式で補正するため、全ての温度範囲を精度よく補正することはできず、補正対象となる温度帯によっては温度特性曲線との差が大きくなり、温度補正の精度が低下する。
【０００６】
そこで本発明は、温度補正の精度を向上させることができる物理量センサを提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明にかかる物理量センサは、被測定対象の物理量を検出する物理量検出素子と、物理量検出素子の温度を検出する温度検出素子と、物理量検出素子の検出信号から温度変化による変動分を除外する補正処理に用いる補正式の情報として、物理量検出素子の温度が第１の温度範囲に含まれるときに適用する第１の補正式の情報、および物理量検出素子の温度が第１の温度範囲と重複しない第２の温度範囲に含まれるときに適用する第２の補正式の情報を記憶する補正式記憶部と、温度検出素子の検出温度が属する温度範囲として、第１の温度範囲または第２の温度範囲のいずれか一方を決定する温度範囲決定部と、温度範囲決定部により決定された温度範囲に対応する補正式を用いて、物理量検出素子の検出信号を補正し、当該補正後の信号を測定信号として出力する補正演算部と、を備える。
【０００８】
かかる構成により、物理量検出素子の検出信号を温度補正する際に、物理量検出素子の温度が第１の温度範囲に含まれるときには、第１の温度範囲に対応する第１の補正式を用いて温度補正を行うことができ、物理量検出素子の温度が第１の温度範囲と隔たる第２の温度範囲に含まれるときには、第２の温度範囲に対応する第２の補正式を用いて温度補正を行うことができる。これにより、圧力センサの使用温度範囲から、相互に重複しない二つの温度範囲を選定し、それぞれの温度範囲で最適となる補正式を用いて温度補正することが可能となる。
【０００９】
上記物理量センサにおいて、上記第１の補正式および第２の補正式を、自補正式に対応する温度範囲において、物理量検出素子の検出信号に対応する出力値と補正後の測定信号に対応する値との間の最大誤差を最小とする一次補正式としてもよい。
【００１０】
これにより、上記最大誤差を最小とする一次補正式を用いることができるため、補正式の記憶容量を削減しつつ、誤差を最大限に抑制することが可能となる。
【００１１】
上記物理量センサにおいて、上記被測定対象の物理量を、流体の圧力としてもよい。また、上記物理量センサにおいて、上記物理量検出素子を二つ備えることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、温度補正の精度を向上させることができる物理量センサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態における空調システムの構成を例示するブロック図である。
【図２】実施形態における圧力センサの機能構成を例示するブロック図である。
【図３】補正式の係数を格納するテーブルを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載では、同一または類似の部分を同一または類似の符号で表す。ただし、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明と照らし合わせて判断すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれる。
【００１５】
本実施形態では、物理量センサである圧力センサについて説明する。なお、物理量センサは圧力センサに限定されず、他の物理量を検出するセンサにも同様に適用できる。
【００１６】
本実施形態における圧力センサは、例えば、図１に示す空調システム１内で巡回させる冷水や温水（流体）の流量を計測するセンサ１０として用いることができる。この場合、空調システム１は、例えば、冷水や温水を発生させる熱源２と、熱源２で発生する冷水や温水を巡回させる配管３と、配管３上に設けられる熱交換器４と、配管３に流れる冷水や温水の流量を制御するバルブ５と、システム全体を制御するコントローラ６と、を備える。圧力センサ１０は、バルブ５に取り付けられ、配管３に流れる冷水や温水の流量を計測する。この空調システム１は、冷房時に冷水を巡回させ、暖房時に温水を巡回させることで空調温度を制御する。
【００１７】
圧力センサ１０としては、例えば、ダイヤフラム（薄肉感圧部）が形成された半導体基板（シリコン）と、この半導体基板に不純物またはイオンの打ち込み技術によって形成される拡散型歪みゲージとを有する公知の半導体圧力センサが該当する。拡散型歪みゲージは、ダイヤフラムの被測定圧力による歪みを、ピエゾ抵抗効果を利用して検出し、電気信号に変換する。圧力センサ１０は、出力のゲインやオフセットが使用温度に応じて変化するという温度特性を有する。
【００１８】
図２を参照して、圧力センサ１０の機能構成について説明する。図２に示すように、圧力センサ１０は、圧力検出部１１と、温度検出部１２と、ＭＵＸ部１３と、ＰＲＥＡＭＰ部１４と、Ａ／Ｄ変換部１５と、温度範囲決定部１６と、補正演算部１７と、補正式記憶部１８と、を有する。
【００１９】
圧力検出部１１は、冷水や温水の圧力を検出し、その検出信号をＭＵＸ部１３に出力する。温度検出部１２は、圧力センサ１０の温度を検出し、その検出温度をＭＵＸ部１３に出力する。
【００２０】
ＭＵＸ部１３は、例えば、マルチプレクサであり、圧力検出部１１と温度検出部１２とからそれぞれ信号を受信し、いずれかの信号を選択してＰＲＥＡＭＰ部１４に出力する。ＰＲＥＡＭＰ部１４は、ＭＵＸ部１３から受信した信号を増幅してＡ／Ｄ変換部１５に出力する。Ａ／Ｄ変換部１５は、ＰＲＥＡＭＰ部１４から受信したアナログ信号をデジタル信号に変換して温度範囲決定部１６に出力する。
【００２１】
温度範囲決定部１６は、温度検出部１２による検出温度が、冷水の温度範囲（例えば５℃〜２０℃、以下同様。）または温水の温度範囲（例えば４０℃〜６０℃、以下同様。）のいずれに属するのかを決定する。
【００２２】
補正演算部１７は、温度範囲決定部１６が決定した温度範囲に対応する補正式に関する情報を補正式記憶部１８から読み出す。補正演算部１７は、読み出した補正式に関する情報を用いて圧力検出部１１による検出信号を補正し、補正後の信号を測定信号としてコントローラに出力する。
【００２３】
補正式記憶部１８は、圧力検出部１１による検出信号から温度変化による変動分を除外する補正処理に用いる補正式に関する情報を記憶する。補正式としては、例えば、温度検出部１２による検出温度が冷水の温度範囲に含まれるときに適用する冷水用の補正式と、温度検出部１２による検出温度が温水の温度範囲に含まれるときに適用する温水用の補正式とがある。冷水用の補正式と温水用の補正式は、温度を変数とする一次式となる。
【００２４】
冷水用の補正式として、例えば、冷水の温度範囲において、圧力検出部１１による検出信号に対応する出力値と補正後の測定信号に対応する値との間の最大誤差を最小にする一次式を用いることができる。温水用の補正式として、例えば、温水の温度範囲において、圧力検出部１１による検出信号に対応する出力値と補正後の測定信号に対応する値との間の最大誤差を最小にする一次式を用いることができる。
【００２５】
補正式記憶部１８には、冷水用の補正式と温水用の補正式とをそれぞれそのまま記憶してもよいが、冷水用の補正式と温水用の補正式とを立てるために必要となる係数を格納したテーブルを記憶することとしてもよい。係数としては、例えば、ゲイン係数とオフセット係数とがある。図３に、係数を格納するテーブルの一例を示す。図３に示すように、ゲイン係数およびオフセット係数は、冷水用と温水用とに識別可能な状態でテーブルに格納される。
【００２６】
この場合、補正演算部１７は、温度範囲決定部１６が決定した温度範囲に対応するゲイン係数およびオフセット係数を補正式記憶部１８から読み出し、読み出した係数を代入した補正式を用いて圧力検出部１１による検出信号を補正することになる。
【００２７】
係数を代入する補正式は、例えば下記式（１）のように表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝ｆ（Ｖｉｎ、Ｔ）  …  （１）
上記式（１）のＶｏｕｔは温度補正後の測定信号であり、Ｖｉｎは温度補正前の検出信号であり、Ｔは検出温度である。ｆ（Ｖｉｎ、Ｔ）は一次関数となる。
【００２８】
上述したように、本実施形態における圧力センサによれば、圧力検出部１１による検出信号を温度補正する際に、温度検出部１２による検出温度が冷水の温度範囲に含まれるときには、冷水の温度範囲に対応する補正式を用いて温度補正を行うことができ、温度検出部１２による検出温度が冷水の温度範囲と隔たる温水の温度範囲に含まれるときには、温水の温度範囲に対応する補正式を用いて温度補正を行うことができる。これにより、圧力センサ１０の使用温度範囲から、相互に重複しない二つの温度範囲を選定し、それぞれの温度範囲で最適となる補正式を用いて温度補正することが可能となるため、温度補正の精度を向上させることが可能となる。
【００２９】
また、冷水用の補正式および温水用の補正式として、圧力検出部１１による検出信号に対応する出力値と補正後の測定信号に対応する値との間の最大誤差が最小となる一次補正式を用いることができるため、補正式の記憶容量を削減しつつ誤差を最大限に抑制することが可能となる。
【００３０】
特に、本実施形態における圧力センサ１０は、空調システム１に用いられ、被測定対象である水の温度が、冷水の温度である５℃〜２０℃と温水の温度である４０℃〜６０℃とに限定されるため、圧力センサ１０を温度補正する際の温度範囲を、互いに連続しない上記二つの範囲に絞ることができる。つまり、温度補正する際の補正式を、上記二つの温度範囲に限定してそれぞれ個別に用意することができるため、誤差の少ない補正式を用意することが可能となる。それゆえに、温度補正の精度を向上させることができる。
【００３１】
[変形例]
本発明を、上述した実施形態によって説明したが、この開示の一部をなす記述および図面は、この発明を限定するものではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態や運用技術等が明らかになるはずである。
【００３２】
例えば、上述した実施形態では、温度補正機能を有する圧力センサに本発明を適用した場合について説明したが、２つの圧力センサを有するデュアル圧力センサについても同様に本発明を適用することができる。デュアル圧力センサをバルブに取り付ける場合には、弁体の上流側の流体圧力と下流側の流体圧力とをそれぞれ測定できるように２つの圧力センサを配置する。また、補正演算部１７は、それぞれの検出信号を補正し、補正後の各信号をそれぞれ測定信号としてコントローラに出力する。コントローラでは、それぞれの測定信号間の差分を求めることで、二つの圧力センサ間の差圧を算出し、この差圧を用いて流体の流量を算出する。
【００３３】
また、上述した実施形態では、温度範囲決定部１６が温度範囲を決定する際に、温度検出部１２による検出温度を条件にして決定しているが、これに限定されない。例えば、カレンダー情報を参照し、その時点の季節に応じて温度範囲を決定してもよいし、温度範囲を切り替えるスイッチを設け、スイッチの切り替えに応じて強制的に温度範囲を決定してもよい。
【００３４】
また、上述した実施形態では、補正演算部１７が温度補正を行っているが、補正演算部１７が行う補正は温度補正に限定されない。例えば、温度補正に加えて、圧力補正を行ってもよい。圧力センサは、上述した温度特性に加え、出力のゲインやオフセットが、負荷（圧力）に応じて変化するという圧力特性を有するためである。この場合には、上述した温度特性の場合と同様に、圧力補正に用いる補正式に関する情報を補正式記憶部１８に記憶しておき、この補正式を用いて温度補正後の信号を圧力補正する。具体的には、例えば、圧力補正用のゲイン係数およびオフセット係数を図３に示すテーブルに追加して格納しておく。補正演算部１７は、温度範囲決定部１６が決定した温度範囲に対応する圧力補正用のゲイン係数およびオフセット係数を補正式記憶部１８から読み出し、読み出した係数を代入した補正式を用いて、温度補正後の信号を圧力補正することになる。
【００３５】
圧力補正用の係数を代入する補正式は、例えば下記式（２）のように表すことができる。
Ｖｏｕｔ２＝ｇ（Ｖｏｕｔ）＝ｇ（ｆ（ＶＩＮ、Ｔ））  …  （２）
上記式（２）のＶｏｕｔ２は圧力補正後の測定信号であり、Ｖｏｕｔは上記式（１）の温度補正後の信号である。
【符号の説明】
【００３６】
１…空調システム、２…熱源、３…配管、４…熱交換器、５…バルブ、６…コントローラ、１０…圧力センサ、１１…圧力検出部、１２…温度検出部、１３…ＭＵＸ部、１４…ＰＲＥＡＭＰ部、１５…Ａ／Ｄ変換部、１６…温度範囲決定部、１７…補正演算部、１８…補正式記憶部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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