JP2014041012A - 抵抗温度センサおよびこれを用いた温度検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 抵抗温度センサの生産性を向上させつつ測定精度を向上させることができる。
【解決手段】
抵抗温度センサ１０は、絶縁基板１と、測温抵抗体２と、絶縁基板１の上面に設けられ、測温抵抗体２の一端に接続された第１の配線パターン３と、絶縁基板１の上面に設けられ、測温抵抗体２の他端に接続された、第１の配線パターン３と同一材料から成る第２の配線パターン４と、測温抵抗体２の近傍から第１の配線パターン３に沿った部分および第２の配線パターン４に沿った部分を有し、第１の配線パターン３の抵抗および第２の配線パターン４の抵抗の和と等しい抵抗を有する、第１の配線パターン３と同一材料から成る第３の配線パターン５とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、抵抗温度センサおよびこれを用いた温度検出装置に関するものである。

温度計として抵抗温度センサが知られている。抵抗温度センサとしては、例えば、特許文献１に記載の物理量計測装置が挙げられる。特許文献１に記載の物理量計測装置は、温度センサとダミーセンサとを有する。そして、温度センサとダミーセンサは、それぞれ同じ抵抗および同じ抵抗温度係数を有する配線によって別々に計測回路に接続されている。物理量計測装置は、ダミーセンサと計測回路とを接続する配線の抵抗を求めることによって、温度センサと計測回路とを接続する配線の抵抗を算出する。これにより、温度変化によって配線の抵抗が変化することによる測定精度の低下が抑制されている。

特開２０１２−１３２８６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の物理量計測装置においては、温度変化によってダミーセンサの抵抗が変化することから、センサの精度が低下する可能性があった。そのため、抵抗温度センサの測定精度をさらに向上させることが困難であった。

また、特許文献１には、ダミーセンサとして、抵抗温度係数が０に近いダミーセンサを用いることが記載されている。しかしながら、抵抗温度係数が完全に０であるダミーセンサを得ることは、製造上困難であることから、抵抗温度センサの生産性を向上させることが困難であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性を向上させつつ測定精度を向上した抵抗温度センサを提供することにある。

本発明の一態様の抵抗温度センサは、絶縁基板と、前記絶縁基板の上面に設けられた測温抵抗体と、前記絶縁基板の上面に設けられ、前記測温抵抗体の一端に接続された第１の配線パターンと、前記絶縁基板の上面に設けられ、前記測温抵抗体の他端に接続された、前記第１の配線パターンと同一材料から成る第２の配線パターンと、前記測温抵抗体の近傍から前記第１の配線パターンに沿った部分および前記第２の配線パターンに沿った部分を有し、前記第１の配線パターンの抵抗および前記第２の配線パターンの抵抗の和と等しい抵抗を有する、前記第１の配線パターンと同一材料から成る第３の配線パターンと、を備えたことを特徴とする。

本発明の一態様の抵抗温度センサによれば、温度変化による、第１の配線パターンおよび第２の配線パターンにおける抵抗の変化に応じて第３の配線パターンの抵抗が変化する。そのため、第１の配線パターン、第２の配線パターンおよび測温抵抗体の抵抗の測定値から第３の配線パターンの抵抗の測定値を差し引くことによって、測温抵抗体の抵抗値を算出できる。さらに、ダミーセンサの抵抗温度係数を０にする必要がない。これらの結果、抵抗温度センサの生産性を向上させつつ測定精度を向上させることができる。

本発明の一実施形態の抵抗温度センサを用いた温度検出装置を示す概略図である。 図１に示した抵抗温度センサの平面図である。 図２に示した抵抗温度センサのＡ−Ａ’断面の断面図である。 本発明の抵抗温度センサの変形例を示す平面図である。 図４に示した抵抗温度センサの平面方向の断面図である。 図４に示した抵抗温度センサのＢ−Ｂ’断面の断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る抵抗温度センサ１０およびこれを用いた温度検出装置１００について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態の温度検出装置１００を示す概略図である。図１に示すように、温度検出装置１００は、抵抗温度センサ１０と計測回路２０とを有する。図２、３に示すように、抵抗温度センサ１０は、絶縁基板１と、絶縁基板１の上面に設けられた測温抵抗体２と、測温抵抗体２の一端に接続された第１の配線パターン３と、測温抵抗体２の他端に接続された第２の配線パターン４と、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４に沿って設けられた第３の配線パターン５とを備えている。ここで、温度検出装置１００は、例えば、固体、液体または気体の静止状態や流動状態での温度変化の計測のために用いられる装置である。

＜絶縁基板１の構成＞
絶縁基板１は、絶縁性の基板である。絶縁基板１は、平面視したときの形状が長方形状である。絶縁基板１は、測温抵抗体２が設けられるための部材である。絶縁基板１は、例えば、アルミナ、ムライトまたは窒化アルミニウムなどのセラミック材料、あるいはガラスセラミック材料などから成る。なお、絶縁基板１の厚みは、例えば、０．２ｍｍ以上１ｍｍ以下に設定されている。

＜測温抵抗体２の構成＞
測温抵抗体２は、温度変化によって抵抗が変化する部材である。温度検出装置１００は、測温抵抗体２の抵抗の変化を計測回路２０で計測することによって、温度を検出する。測温抵抗体２は、絶縁基板１の上面に設けられている。測温抵抗体２は、絶縁基板１の上面のうち端部に位置している。測温抵抗体２は、絶縁基板１の上面に形成されたメタライズ層である。測温抵抗体２は、絶縁基板１の上面に蛇腹状に形成されている。これにより、測温抵抗体２の抵抗を大きくできる。また、測温抵抗体２の一部をトリミング等の手法により、幅を狭めることにより抵抗を大きくしてもよい。測温抵抗体２の抵抗を大きくすることによって、温度変化によって生じる測温抵抗体２の抵抗の変化も大きくできる。その結果、抵抗温度センサ１０の測定感度を向上できる。測温抵抗体２は、例えば、白金、タングステン、タングステン、モリブデンまたはレニウム等の金属材料から成る。

＜第１の配線パターン３の構成＞
第１の配線パターン３は、測温抵抗体２と計測回路２０とを接続するための部材である。第１の配線パターン３は、絶縁基板１の上面に設けられている。第１の配線パターン３は、測温抵抗体２の一端に接続されている。第１の配線パターン３は、帯状に形成されている。第１の配線パターン３は、絶縁基板１の上面のうち測温抵抗体２が設けられている端部から、異なる端部にかけて形成されている。第１の配線パターン３は、絶縁基板１の上面に直線状に形成されている。第１の配線パターン３は、メタライズ層である。第１の配線パターン３は、例えば、白金、タングステン、タングステン、モリブデンまたはレニウム等の金属材料から成る。

＜第２の配線パターン４の構成＞
第２の配線パターン４は、第１の配線パターン３と同じく、測温抵抗体２と計測回路２０とを接続するための部材である。第２の配線パターン４は、絶縁基板１の上面に設けられている。第２の配線パターン４は、測温抵抗体２の他端に接続されている。第２の配線パターン４は、帯状に形成されている。第２の配線パターン４は、絶縁基板１の上面のうち測温抵抗体２が設けられている端部から、異なる端部にかけて形成されている。第２の配線パターン４は、絶縁基板１の上面に直線状に形成されている。第２の配線パターン４は第１の配線パターン３とは平行に形成されている。第２の配線パターン４は、第１の配線パターン３と幅および厚みが等しい。ここでいう「幅および厚みが等しい」とは、第１の配線パターン３の幅の平均および厚みの平均と第２の配線パターン４の幅の平均および厚みの平均との差が幅については１０μ未満、厚みについては１μ未満であることを意味する。第２の配線パターン４は、メタライズ層である。第２の配線パターン４は、第１の配線パターン３と同一材料から成る。第２の配線パターン４は、例えば、白金、タングステン、モリブデンまたはレニウム等の金属材料から成る。第２の配線パターン４は、第１の配線パターン３と同じ材料から成ることにより、同じ抵抗温度係数を有する。

＜第３の配線パターン５の構成＞
第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４の抵抗の変化を推定するための部材である。第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４とは別に計測回路２０に接続されている。第３の配線パターン５は、絶縁部材の上面に設けられている。第３の配線パターン５は、測温抵抗体２の近傍から第１の配線パターン３に沿った部分を有する。また、第３の配線パターン５は、測温抵抗体２の近傍から第２の配線パターン４に沿った部分を有する。ここでいう「近傍」とは、第１の配線パターン３または第２の配線パターン４の温度が変化したときに、第３の配線パターン５の温度も変化する程度の距離であることを意味する。第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３の抵抗および第２の配線パターン４の抵抗の和と等しい抵抗を有する。なお、ここでいう「等しい抵抗」とは、第１の配線パターン３の温度、第２の配線パターン４の温度および第３の配線パターン５の温度が同じ場合において、抵抗値の差がそれぞれの抵抗値の３％未満であることを意味する。第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と同一材料から成る。したがって、第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と同じ材料から成ることにより、同じ抵抗温度係数を有する。

第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４に沿って設けられているとともに、第１の配線パターン３の抵抗と第２の配線パターン４の抵抗との和と同じ抵抗を有し、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と同一材料から成る。これによって、第３の配線パターン５の抵抗値を測定することで、第１の配線パターン３の抵抗値と第２の配線パターン４の抵抗値との和を推定することができる。これにより、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および測温抵抗体２の抵抗の測定値から、第３の配線パターン５の抵抗の測定値を減じることによって、測温抵抗体２の抵抗値を算出できる。そうすると、この測温抵抗体２の抵抗値に基づいて、温度を適切に計測することができる。

また、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４は、第３の配線パターン５を挟んで両側に沿っている。これにより、抵抗温度センサ１０中の熱分布に偏りが生じた場合であっても、第３の配線パターン５の温度を第１の配線パターン３の温度と第２の配線パターン４の温度との間に近づけることができる。これにより、第３の配線パターン５の抵抗の測定値から推定される第１の配線パターン３の抵抗値と第２の配線パターン４の抵抗値の和の精度を向上させることができる。

第３の配線パターン５は、幅および厚みが第１の配線パターン３および第２の配線パターン４の幅および厚みと等しい。これにより、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５における熱の広がりを近づけることができるので、第３の配線パターン５の抵抗値から推定される第１の配線パターン３の抵抗値と第２の配線パターン４の抵抗値の和の精度を向上させることができる。

さらに、第３の配線パターン５の長さは、第１の配線パターン３の長さおよび第２の配線パターン４の長さの和と等しい。ここでいう「長さ」とは、電流の流れる方向の長さを意味している。これにより、第３の配線パターン５の抵抗を第１の配線パターン３の抵抗および第２の配線パターン４の抵抗の和に容易に等しくできる。なお、「長さ」はそれぞれのパターン（第１の配線パターン３、第２の配線パターン４または第３の配線パターン５）の幅方向における中心を結んで引いた仮想線の長さを「長さ」とする。

第３の配線パターン５は、３つの部分から成る。具体的には、第１の配線パターン３に沿った部分、測温抵抗体２に沿った部分および第２の配線パターン４に沿った部分から成る。第１の配線パターン３に沿った部分は、第１の配線パターン３よりも一定の長さ（Ｌ１）短く、また、第２の配線パターン４に沿った部分は、第２の配線パターン４よりも一定の長さ（Ｌ２）短い。そして、測温抵抗体２に沿った部分は、Ｌ１とＬ２の和である長さ（Ｌ３）を有する。このようにして、第３の配線パターン５の長さと第１の配線パターン３の長さおよび第２の配線パターン４の長さの和とを等しくできる。

本実施形態の抵抗温度センサ１０および温度検出装置１００は、温度変化による、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４における抵抗の変化と第３の配線パターン５の抵抗の変化とが等しい。そのため、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および測温抵抗体２の抵抗の測定値から第３の配線パターン５の抵抗の測定値を差し引くことによって、測温抵抗体２の抵抗値を算出できる。さらに、ダミーセンサの抵抗温度係数を０にする必要がない。これらの結果、抵抗温度センサ１０の生産性を向上させつつ測定精度を向上させることができる。

＜計測回路２０の構成＞
計測回路２０は、抵抗温度センサ１０における測温抵抗体２の抵抗の変化を検出して、温度を算出するための回路である。計測回路２０は、例えば、プロセッサ、メモリ、アンプまたはスイッチ等を備えている。計測回路２０で測定される抵抗値のデータは、計測回路２０の内部のメモリに保存されてもよいし、また、無線等によって計測回路２０から外部のコンピュータ等に出力されてもよい。計測回路２０は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と接続されているとともに、別に、第３の配線パターン５の両端とも接続されている。

計測回路２０は、以下の機能を有する。まず、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および測温抵抗体２の抵抗を測定する。次に、第３の配線パターン５の抵抗を測定する。次に、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および測温抵抗体２の抵抗の測定値から第３の配線パターン５の抵抗の測定値を減じることによって測温抵抗体２の抵抗値を検出する。このようにして、測温抵抗体２の抵抗値を検出することで、温度を算出する。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。例えば、本実施形態においては、測温抵抗体２がメタライズ層であるが、これに限られない。具体的には、チップ状の測温抵抗体２を用いてもよい。

また、本実施形態においては、測温抵抗体２が蛇腹状に形成されているが、これに限られない。具体的には、測温抵抗体２の形状が直線状であってもよい。

また、本実施形態においては、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５が外部に露出しているが、これに限られない。具体的には、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５が、絶縁層によって覆われていてもよい。これにより、第１の配線パターン３または第２の配線パターン４と第３の配線パターン５とが導通してしまう可能性を抑制できる。さらに、この絶縁層が、セラミック材料から成ると良い。これにより、抵抗温度センサ１０の耐環境性を向上できる。また、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５だけではなく、測温抵抗体２も絶縁層で覆われていてもよい。

また、本実施形態においては、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と第３の配線パターン５とが同一面上に形成されているが、これに限られない。具体的には、図４〜６に示すように、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と第３の配線パターン５とが別の層に形成されていてもよい。図４〜６に示す変形例では、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４が、絶縁基板１の上面に形成されているとともに、第３の配線パターン５が、絶縁基板１の内部に形成されている。第３の配線パターン５は、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４に対して、上下方向に沿うように形成されている。第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と第３の配線パターン５とが別の面上に形成されていることによって、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５を広く形成することができる。これにより、第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５の抵抗を任意の値に調整しやすくできる。図４〜６に示す変形例においては、抵抗温度センサ１１にキャスタレーションが設けられている。これにより、測定回路と抵抗温度センサ１１との間の接続を容易行なうことができる。

なお、変形例においては、それぞれのパターン（第１の配線パターン３、第２の配線パターン４および第３の配線パターン５）の幅が一定ではない。このような場合には、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と第３の配線パターン５とが、それぞれ同じ幅の領域を同じ長さだけ有しているように形成すればよい。具体的には、図４、５に示すように、第３の配線パターン５のうち、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４に沿った部分のうちキャスタレーションの近辺および測温抵抗体２の近辺以外の部分に関しては、幅と長さが等しい。そして、第３の配線パターン５におけるキャスタレーションの近辺に関しても、前述の部分に比べて幅が小さく形成されているが、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４におけるキャスタレーションの近辺と比較して幅と長さが等しい。さらに、第３の配線パターン５における第１の配線パターン３に沿った部分と第２の配線パターン４に沿った部分とを接続する部分に関しても、第１の配線パターン３における測温抵抗体２と接続される部分および第２の配線パターン４における測温抵抗体２に接続される部分と比較して、幅が等しく、また、長さの和も等しい。このように、それぞれ同じ幅の領域を同じ長さだけ有しているように形成することによって、第１の配線パターン３および第２の配線パターン４と第３の配線パターン５との抵抗値を揃えるようにしてもよい。

１：絶縁基板
２：測温抵抗体
３：第１の配線パターン
４：第２の配線パターン
５：第３の配線パターン
１０、１１：抵抗温度センサ
２０：計測回路
１００：温度検出装置

Claims (5)

1. 絶縁基板と、
   前記絶縁基板の上面に設けられた測温抵抗体と、
   前記絶縁基板の上面に設けられ、前記測温抵抗体の一端に接続された第１の配線パターンと、
   前記絶縁基板の上面に設けられ、前記測温抵抗体の他端に接続された、前記第１の配線パターンと同一材料から成る第２の配線パターンと、
   前記測温抵抗体の近傍から前記第１の配線パターンに沿った部分および前記第２の配線パターンに沿った部分を有し、前記第１の配線パターンの抵抗および前記第２の配線パターンの抵抗の和と等しい抵抗を有する、前記第１の配線パターンと同一材料から成る第３の配線パターンと、
   を備えた抵抗温度センサ。
2. 前記第３の配線パターンが前記絶縁基板の上面に設けられるとともに、前記第１の配線パターンおよび前記第２の配線パターンが、帯状であって、前記第３の配線パターンを挟んで両側に沿っていることを特徴とする請求項１に記載の抵抗温度センサ。
3. 前記第１の配線パターン、前記第２の配線パターンおよび前記第３の配線パターンの幅および厚みが等しく、前記第１の配線パターンの長さおよび前記第２の配線パターンの長さの和と前記第３の配線パターンの長さとが等しいことを特徴とする請求項２に記載の抵抗温度センサ。
4. 前記第１の配線パターン、前記第２の配線パターンおよび前記第３の配線パターンを覆う絶縁層をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載の抵抗温度センサ。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の抵抗温度センサと該抵抗温度センサに接続された計測回路とを備えた温度検出装置。