(57)【要約】【課題】  温度変化を容易に且つ小規模な回路によって捕らえることができるセンサ及び装置を提供する。【解決手段】  第１の電極１で互いに接続されたＰ型半導体４、Ｎ型半導体５と各半導体において第１の電極と反対側に第２、第３の電極３、４を有し、第一の電極部での温度変化を第２、第３の電極部への温度伝達の時間差により生じる熱起電力により検知する。【選択図】  図１
2009058346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極で接続されたＰ型半導体ブロックとＮ型半導体ブロックと、前記Ｐ型半導体ブロックにおいて前記第一の電極と反対側に接続された第２の電極と、前記Ｎ型半導体ブロックにおいて前記第一の電極と反対側に接続された第３の電極を有し、前記第一の電極部を温度測定対象物に当接し、前記第二の電極部と第三の電極部の電位差を出力することを特徴とする温度センサ。
【請求項２】
基板と、前記基板上に基板の一片部近傍でＰＮ接合を有するＰ型半導体領域とＮ型半導体領域を有し、前記Ｐ型半導体領域のＰＮ接合部と反対側に接続された第２の電極と、前記Ｎ型半導体領域のＰＮ接合部と反対側に接続された第３の電極を有し、前記ＰＮ接合部又はその近傍を温度測定対象物に当接し、前記第二の電極部と第三の電極部の電位差を出力することを特徴とする温度センサ。
【請求項３】
基板と、前記基板上に基板の一片部近傍でＰＮ接合を有するＰ型半導体領域とＮ型半導体領域と、前記Ｐ型及びＮ型半導体領域の前記ＰＮ接合部と反対側を入力端とする電圧検出回路を有し、前記ＰＮ接合部又はその近傍を温度測定対象物に当接し、前記電圧検出回路の信号を出力することを特徴とする温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部温度の温度変化を検出するセンサ及び測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
第５図は、従来の温度変化を検出するための装置の回路図である。従来、外部温度の温度変化を観測するには、サーミスタや熱電対、あるいは、半導体などの温度センサを用いて外部温度を測定し、その温度情報をマイクロプロセッサなどの信号処理回路で単位時間当たりの温度変化を演算する方法を用いていた。
【０００３】
また、回路を簡易化するために、熱電特性の異なる複数の熱電変換素子を設け、その出力電位差から温度変化を検出する方法も開示されている。
【特許文献１】特開昭６３−２９１４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記単位時間当たりの温度変化を演算するには、単位時間を計時し温度測定するためのサンプリング回路１４と温度測定したデータを保存する記憶回路１２とこの記憶回路１２のデータから温度変化の変化を検出するための演算回路１３を備えた信号処理回路１５を必要とする。
【０００５】
したがって、温度センサ１１以外の付加回路が多く、回路規模が大きくなり、小型化が非常に困難であった。また、温度変化を瞬時に判定するにはサンプリング間隔を短く、高速に演算処理を行わねばならず、応答速度を早くすることが困難であった。
【０００６】
また、熱電特性の異なる複数の熱電素子を単一基板上に形成するためには、複雑な製造工程を必要とした（特許文献１参照）。
【０００７】
本発明は、前記課題に鑑みてなされ、温度変化を安価で、容易に且つ小型、高速に検出できるセンサ及び測定装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するため、Ｐ型半導体とＮ型半導体を第一の電極で接続し、前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体の前記第一の電極と反対側にそれぞれ第二、第三の電極を設け、温度変化を測定する対象物に前記第一の電極部を当接し、前記Ｐ型半導体及びＮ型半導体の熱伝導特性を利用し、第一の電極部と第二、第三の電極部に生じた温度差に基づく熱電変換による発生電位を出力するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、温度変化の変化を検出するセンサに熱電素子を用いることによって外部温度の温度変化の変化を直接電位差の変化として取り出すことができる。
【００１０】
本発明によれば、温度差を直接、電位差として取り出すことができるため、従来回路で必要とされたサンプリング回路、記憶回路、演算回路などの信号処理回路が必要でない。直接電位差として取り出すことが可能であるため、一定時間の温度差を物理量として捕らえにくい外部温度の勾配を電位差という明確な物理量として検出あるいは計測されるため、外部環境温度の勾配の変化を精密に検出あるいは観測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に本発明の第一の実施例を示す。
【００１３】
Ｐ型半導体とＮ型半導体を組み合わせた熱電素子は熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電効果を備えた材料である。
【００１４】
本発明はＰ型半導体とＮ型半導体の互いに接続された極側を温度観測するセンシング面とし、その対極側をセンシング面から温度が伝達されて伝わる伝達面として構成したものである。
【００１５】
外部からの温度をセンシング面電極１で受け、外部温度がＰ型半導体及びとＮ型半導体５を伝達材として伝達面電極２、３に達する。センシング面電極１と伝達面電極２、３の間に温度差がある場合には熱電効果により起電力が発生して前記温度差に比例した電位差を伝達面電極２と伝達面電極３の間に発生する。この電位差が信号線７、８により差動アンプ６に伝えられ所望の増幅率を得た出力信号を出力信号線９から出力する。
【００１６】
次に外部温度を受けセンシング面から伝達面に達する時間と温度の関係を図４示す。ａ点では温度一定でセンシング面と伝達面の温度差が無い状態である。センシング面の温度であるTsと伝達面の温度であるTeとは同じ温度となるためセンシング面と伝達面の温度差ΔTは
ゼロである。
【００１７】
次にセンシング面の温度が上昇を始めた場合、ｂ点ではセンシング面が温度上昇を始めTs＝T１、伝達面２、３ではまだ外部温度が伝わっていないためａ点と同じT0となり、センシング面と伝達面の温度差ΔTはT1-T0となるので、熱電効果により伝達面電極間に電位差が
発生する。
【００１８】
ｂ点からｃ点までは伝達面の温度はセンシング面の温度に追従するため、温度変化の割合は同じであるため、センシング面と伝達面の温度差ΔTはほぼ一定の値となり、伝達面電極
間に発生した電位差もほぼ一定の値となる。
【００１９】
すなわち、外部温度の温度変化を電圧値として変換することが可能となる。
さらに、センシング面と伝達面の距離又はＰ型半導体及びＮ型半導体の断面積を変えることで熱の伝達時間がコントロールできるため、応答時間を調整できる。
【実施例２】
【００２０】
本発明の第二の実施例を図２に示す。図３は図２におけるａ−ａ‘部に沿った断面図である。
【００２１】
本実施例において、熱電素子としてはＰ型半導体とＮ型半導体のＰＮ接合を用い、ＳＯＩ基板１００上にＰ型半導体４０、Ｎ型半導体５０及びＰＮ接合４５を有しており、温度変化を検出したい対象物にＰＮ接合４５近傍１０１を当接させる。
【００２２】
外部からの温度をセンシング面部としてのＰＮ接合部４５近傍１０１で受け、外部温度が伝達面部である電極２０及び３０に達する。センシング面部と伝達面面部の間に温度差がある場合には熱電効果により起電力が発生して前記温度差に比例した電位差が電極２０と３０の間に発生する。この電位差が信号線７、８により差動アンプ６に伝えられ所望の増幅率を得た出力信号９を生成する。
【００２３】
さらに、センシング面部と伝達面部の距離、Ｐ型半導体４０及びＮ型半導体５０の厚み又はＳＯＩ基板１００の厚みを変えることで熱の伝達時間がコントロールできるため、応答時間を調整できる
なお、作動アンプ６はセンサ部と同一のＳＯＩ基板１上に構成することもでき、小型化と部品点数の減少に伴うコストダウンを図ることができる。
【００２４】
以上説明したように、本発明は、恒温室の温度制御や半導体などの結晶作製の温度制御など、精密な温度制御が必要な技術分野に広く適用することができる。また、小型、簡易に構成できるため、民生機器の発熱管理など、熱管理の必要な技術分野へも広く適用することができる。
【００２５】
本発明は、熱伝素子を、温度変化を検出するセンサとして用いているため、熱電素子の電位差を測定することで容易に温度変化を示す信号を取り出すことができるので、温度変化を検出するセンサあるいは温度変化を測定する装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施例を示す。
【図２】本発明の第２の実施例を示す。
【図３】図２におけるａ−ａ‘部に沿った断面図を示す。
【図４】本発明におけるセンシング面と伝達面との温度差による温度勾配の関係を示す。
【図５】従来の温度勾配の変化を検出するセンサの回路構成図を示す。
【符号の説明】
【００２７】
１      センシング面電極
２、３  伝達面電極
４      Ｐ型半導体
５      Ｎ型半導体
７、８、９  信号線
６      差動アンプ
１０    出力信号
１１    温度センサ
１２    記憶回路
１３    演算回路
１４    サンプリング回路
１５    信号処理回路
１６    出力回路
【図１】
2009058346.tif 000003
【図２】
2009058346.tif 000004
【図３】
2009058346.tif 000005
【図４】
2009058346.tif 000006
【図５】
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