明 細 書 加熱型センサ 技 術 分 野 Description Heating sensor technology
本発明は、 酸素ガスセンサや N O Xガスセンサ等の加熱型センサに関する。 The present invention relates to a heating type sensor such as an oxygen gas sensor and a NOx gas sensor.
背 景 技 術 Background technology
酸素センサゃ N 0 Xセンサ等の感知部をヒータで加熱する加熱型センサにおい ては、 加熱用ヒ一夕自身の温度変動或は環境の温度変化によるヒータの温度変化 によっても感知部の特性が変わってしまう。 このヒータ温度を例えば 3 0 0〜4 0 0度 Cの所定値に保持させる従来のヒータ温度制御方法が J P— A— 6 0 1 1 4 7 5 8号公報に記載されている。 Oxygen sensor 加熱 In the heating type sensor that heats the sensing part such as N 0 X sensor with a heater, the characteristic of the sensing part is also affected by the temperature fluctuation of the heating heater itself or the temperature change of the heater due to the temperature change of the environment. Will change. A conventional heater temperature control method for maintaining the heater temperature at a predetermined value of, for example, 300 to 400 degrees C is described in JP-A-610114785.
この温度制御方法は、 加熱型センサの空間を隔てた近傍に測温体を配置して環 境温度を測定し、 この測定結果に基づいてヒータの給電を制御することによって 感知部の温度を一定に保持している。 この方法は、 周囲温度を測定する測温体を 必要とし、 また加熱型センサ自身の構造及び加熱制御回路の仕組みも複雑になり コストアップに繋がる。 In this temperature control method, a temperature measuring element is arranged near the space of the heating type sensor to measure the environmental temperature, and the power supply to the heater is controlled based on the measurement result to keep the temperature of the sensing unit constant. Holding. This method requires a temperature sensor to measure the ambient temperature, and also complicates the structure of the heating type sensor itself and the mechanism of the heating control circuit, leading to an increase in cost.
更に感知部の間接温度測定は、 空間を流れるガスの状態で感知部の温度が正確 に伝達せず高精度が期待できず、 温度の伝播速度で制御系に位相遅れが生じ、 感 知部の温度が目標値と異なる値に収束し、 又は発散して制御不能になる恐れがあ る。 Furthermore, in the indirect temperature measurement of the sensing unit, the temperature of the sensing unit cannot be accurately transmitted in the state of gas flowing through the space, and high accuracy cannot be expected.Therefore, a phase delay occurs in the control system due to the temperature propagation speed. The temperature may converge to a value different from the target value or may diverge, causing loss of control.
また補助ヒータを設けていない従来例として、 1 9 9 2年 1月 2 0日号の日経 エレクトロニクスの 1 1 1頁には、 中が抉られたシリコン基板チップの角から内 方に突出した二酸化シリコン薄膜突起基板を 4つ形成し、 各突起基板の一面に酸 化錫薄膜のガスセンサ及び加熱用の白金電極とを蒸着した酸化錫薄膜ガス ·セン サが開示されている。 本発明者は、 特願平 7— 3 2 8 3 9 5号において、 上記方 法の改良策を提案している。 As a conventional example without an auxiliary heater, page 11 of Nikkei Electronics, published January 20, 1992, shows that a silicon dioxide chip projecting inward from the corner of a hollow silicon substrate chip. A tin oxide thin film gas sensor is disclosed in which four silicon thin film projection substrates are formed, and a tin oxide thin film gas sensor and a platinum electrode for heating are deposited on one surface of each projection substrate. The present inventor has proposed an improved measure of the above-mentioned method in Japanese Patent Application No. 7-322839.
図 1は、 これまでに知られているブリッジ型加熱制御回路の例を示す。 この回
路は、 一辺に例えば白金薄膜ヒー夕 1 0及び残りの三辺に抵抗 1 2、 1 4及び 1 6を各々有するブリッジ回路 1 8と、 このブリッジ回路 1 8に電圧を供給するェ ミツ夕フォロア 2 0と、 これら抵抗 1 2及びヒータ 1 0の直列接続点 1 3に反転 入力端が接続され、 抵抗 1 4及び 1 6の直列接続点 1 7に非反転入力端が接続さ れ、 出力端が抵抗 2 2を介してェミッタフォロア 2 0のベースに接続される増幅 器 2 4とを備える。 Figure 1 shows an example of a previously known bridge-type heating control circuit. This time The circuit includes a bridge circuit 18 having, for example, a platinum thin film heater 10 on one side and resistors 12, 14, and 16 on the remaining three sides, respectively, and an emitter follower for supplying a voltage to the bridge circuit 18. Inverting input terminal is connected to series connection point 13 of resistor 12 and heater 10 and non-inverting input terminal is connected to series connection point 17 of resistors 14 and 16. And an amplifier 24 connected to the base of the emitter follower 20 via the resistor 22.
白金薄膜ヒータ 1 0は、 抵抗値が温度に対して図 2の温度 T一抵抗 R特性図の ように変化する。 また、 直列接続点 1 3の電位を e 1、 直列接続点 1 7の電位を e 2とすると、 電位 e lは、 電位 e 2に等しくなるように、 即ち抵抗 1 2対ヒ一 夕 1 0の抵抗値比率が抵抗 1 4対抵抗 1 6のそれと等しくなるように、 増幅器 2 4及びエミッ夕フォロア接続のトランジスタ 2 0が動作して、 ヒー夕 1 0の温度 を所定値に保持している。 The resistance value of the platinum thin film heater 10 changes with temperature as shown in the temperature T-resistance R characteristic diagram of FIG. Further, assuming that the potential of the series connection point 13 is e 1 and the potential of the series connection point 17 is e 2, the potential el is equal to the potential e 2, that is, the resistance of the resistor 12 to the resistance The amplifier 24 and the transistor 20 connected in an emitter follower are operated so that the temperature of the heater 10 is maintained at a predetermined value so that the resistance value ratio becomes equal to that of the resistor 14 to the resistor 16.
従って、 ヒ一夕 1 0が所定温度より低い時には、 e l < e 2で増幅器 2 4及び ェミッタフォロア 2 0の出力電圧が上昇してヒータ 1 0がより加熱される。 ヒー 夕 1 0が所定温度より高い時には、 e l > e 2で増幅器 2 4及びェミッタフォロ ァ 2 0の出力電圧が減少してヒータ 1 0への給電が減少させられる。 Therefore, when the temperature of the heater 10 is lower than the predetermined temperature, the output voltage of the amplifier 24 and the emitter follower 20 increases due to el <e2, and the heater 10 is further heated. When the temperature of the heater 10 is higher than the predetermined temperature, the output voltages of the amplifier 24 and the emitter follower 20 decrease due to el> e2, and the power supply to the heater 10 is reduced.
以上のことから、 図 1のブリッジ型加熱制御回路は、 次のような問題があるこ とが明白である。 温度変化を正確に促えるためにヒータ 1 0の抵抗値変化を検出 し易くするためには、 抵抗 1 2の値をヒータ 1 0の値に対して十分大きくすれば よい。 しかしながら抵抗 1 2における発熱量もヒータ 1 0に比べて大きくなり、 エネルギ損失が増すと同時に抵抗 1 2の温度上昇が過大となり危険である。 変化率が最も大きい抵抗 1 2の値がヒー夕 1 0の値と等しい場合、 抵抗 1 2で の発熱量はヒータ 1 0での発熱量と等しくなる。 従って、 e lの変化量を大きく するには限度があり、 抵抗 1 2における発熱量はある程度許容せざるを得ない。 一方抵抗 1 4及び抵抗 1 6は比較抵抗であり、 発熱量が極めて少なく設定するこ とができる。 From the above, it is clear that the bridge-type heating control circuit in Fig. 1 has the following problems. In order to easily detect the change in the resistance value of the heater 10 so as to prompt the temperature change accurately, the value of the resistor 12 may be made sufficiently larger than the value of the heater 10. However, the calorific value of the resistor 12 is larger than that of the heater 10, which increases energy loss and increases the temperature of the resistor 12 excessively, which is dangerous. When the value of the resistor 12 with the highest rate of change is equal to the value of the heater 10, the heat value of the resistor 12 is equal to the heat value of the heater 10. Therefore, there is a limit in increasing the variation of el, and the amount of heat generated by the resistor 12 must be allowed to some extent. On the other hand, the resistances 14 and 16 are comparative resistances, and can generate extremely small amounts of heat.
抵抗 1 2は、 発熱すると、 その抵抗値がその抵抗温度係数に従って変動即ち基 準抵抗値が変動するため、 適切なヒー夕温度を得ることが難しくなる。 また、 抵
抗の温度係数が正の場合には、 ヒー夕 1 0が加熱されると共に抵抗 1 2も温度上 昇し、 抵抗 1 2の抵抗値は増加する。 従って、 e l = e 2に収束するまでの時間 が延長される。 When the resistor 12 generates heat, its resistance value fluctuates in accordance with its temperature coefficient of resistance, that is, the reference resistance value fluctuates, so that it is difficult to obtain an appropriate heater temperature. Also, When the temperature coefficient of the resistor is positive, the heater 10 is heated and the resistor 12 also rises in temperature, and the resistance of the resistor 12 increases. Therefore, the time required to converge to el = e 2 is extended.
発 明 の 開 示 Disclosure of the invention
従って、 本発明の第 1の目的は、 主ヒー夕及び補助ヒー夕を用いて環境温度の 変化に対しても一定のヒー夕温度が保持され、 発熱を極力抑えた高信頼性の加熱 型センサを提供することである。 勿論、 感知部と主ヒー夕及び補助ヒータとの間 に設けられる絶縁基板は、 熱伝導率が良くまたその値が変動しないものが用いら れる。 Therefore, a first object of the present invention is to provide a highly reliable heating type sensor that uses a main heater and an auxiliary heater to maintain a constant heater temperature even when the ambient temperature changes, and to minimize heat generation. It is to provide. Needless to say, an insulating substrate provided between the sensing unit and the main heater and the auxiliary heater has good thermal conductivity and does not fluctuate in value.
本発明の第 2の目的は、 絶縁基板の電気的絶縁性が劣化しても主ヒ一夕の漏洩 電流が補助ヒータに影響せず、 主ヒータが設定値温度を保持できる信頼性の高い 加熱型センサ用ヒ一夕及び加熱制御回路を提供することである。 A second object of the present invention is to provide a highly reliable heating system in which the leakage current of the main heater does not affect the auxiliary heater even if the electrical insulation of the insulating substrate deteriorates, and the main heater can maintain the set temperature. An object of the present invention is to provide a heating and heating control circuit for a mold sensor.
本発明によれば、 加熱型センサは、 感知部の近傍に主ヒータ及び補助ヒータを 配置して、 同感知部を所定温度に加熱している。 この主ヒータへの電流は、 補助 ヒータへの電流より例えば 1 0倍になるように、 それらの抵抗値が設定される。 更に、 絶縁基板に配置された主ヒー夕及び補助ヒー夕間には、 この補助ヒー夕 側に隣接してガードヒー夕が配置されている。 従って、 絶縁基板の同一面に配置 される主ヒータ及び補助ヒー夕と、 これらの間に特に補助ヒー夕側に隣接配置さ れるガードヒー夕とを備える。 According to the present invention, in the heating type sensor, the main heater and the auxiliary heater are arranged near the sensing unit to heat the sensing unit to a predetermined temperature. The resistance to the current to the main heater is set so that the current to the auxiliary heater is, for example, 10 times as large as the current to the auxiliary heater. Further, between the main heater and the auxiliary heater disposed on the insulating substrate, a guard heater is disposed adjacent to the auxiliary heater side. Therefore, a main heater and an auxiliary heater arranged on the same surface of the insulating substrate, and a guard heater arranged particularly adjacent to the auxiliary heater side are provided therebetween.
これら補助ヒ一夕又はガードヒー夕は、 それらの抵抗値が主ヒ一夕のそれより 高く設定されるが、 材質が主ヒ一夕のそれと全く同一である。 従って、 これらの ヒ一夕は、 通常マスクパターンが異なり、 所定の金属を同じ蒸着時間蒸着して形 成される。 或は、 主ヒー夕が形成される領域の蒸着時間を、 補助又はガードヒー 夕が形成される領域のそれより長くして、 主ヒー夕の厚さを補助又はガードヒー 夕のそれより大きくしてもよい。 The resistance of these auxiliary heaters or guard heaters is set higher than that of main heaters, but the material is exactly the same as that of main heaters. Therefore, these masks are usually formed by depositing a predetermined metal for the same deposition time with a different mask pattern. Alternatively, the deposition time in the area where the main heater and the heater is formed is longer than that in the area where the auxiliary or guard heater is formed, and the thickness of the main heater and the heater is larger than that in the auxiliary or guard heater. Good.
加熱制御回路は、 この補助ヒー夕をブリッジ回路の一辺とし、 このブリッジ回 路及び前記主ヒ一夕を並列接続して、 前記プリッジ回路の出力に基づいて前記ブ リッジ回路及び前記主ヒ一夕を給電している。
本発明によれば、 前記感知部、 主ヒータ及び補助ヒータが近接配置された絶縁 基板を含み、 前記プリッジ回路は一辺に前記補助ヒータ及び残りの三辺に第 1抵 抗、 第 2抵抗及び第 3抵抗を含む。 前記加熱制御回路は、 前記主ヒータに電圧を 供給する電圧フォロアと、 前記第 1抵抗及び前記補助ヒー夕の直列接続点に反転 入力端が接続され、 前記第 2抵抗及び第 3抵抗の直列接続点に非反転入力端が接 続され、 出力端が前記電圧フォロアの制御入力端に接続される増幅器とを備えて いる。 The heating control circuit includes the auxiliary circuit as one side of a bridge circuit, connects the bridge circuit and the main circuit in parallel, and, based on an output of the bridge circuit, the bridge circuit and the main circuit. Power. According to the present invention, the sensing unit includes an insulating substrate in which the main heater and the auxiliary heater are arranged close to each other, and the bridge circuit has the auxiliary heater on one side and the first resistance, the second resistance and the second resistance on the remaining three sides. Including 3 resistors. The heating control circuit includes a voltage follower that supplies a voltage to the main heater, an inverting input terminal connected to a series connection point of the first resistor and the auxiliary heater, and a series connection of the second resistor and the third resistor. A point connected to a non-inverting input terminal and an output terminal connected to a control input terminal of the voltage follower.
前記絶縁基板は熱伝導性を有すると共に、 一面に前記感知部及び他面に同感知 部の領域と位置合わせされた主ヒ一夕が各々固定され、 この絶縁基板の他面の主 ヒータの回りには前記補助ヒー夕が配置される。 The insulating substrate has thermal conductivity, and a main surface aligned with the sensing portion and an area of the sensing portion is fixed on one surface and the other surface of the insulating substrate around the main heater on the other surface. Is provided with the auxiliary heater.
この絶縁基板は、 感知部の支持板として用いられる窒化アルミニウム、 シリコ ンカーバイド等の熱伝導率が金属に近いセラミック基板、 二酸化シリコン層、 或 は断熱支持体にプリント配線された略長方形又は楕円の断面形状を有する線形又 は蛇行ヒータ上に形成される蒸着膜或は塗布膜である。 This insulating substrate may be a substantially rectangular or elliptical printed wiring on a ceramic substrate such as aluminum nitride or silicon carbide used as a support plate for the sensing part, which has a thermal conductivity close to that of metal, a silicon dioxide layer, or a heat insulating support. It is a deposition film or a coating film formed on a linear or meandering heater having a sectional shape.
従って、 補助ヒータはブリッジ回路の一辺となり、 主に温度の感知作用を受け 持つ。 主ヒータはブリッジ回路と並列接続され、 ブリッジ回路が平衡するように 感知部の加熱を行う。 補助ヒー夕の発熱量は主ヒー夕のそれに比べて格段に少な いので図 1の第 1抵抗部に相当する抵抗での発熱を小さくできるため、 正確、 且 つ迅速な温度制御が可能となる。 Therefore, the auxiliary heater becomes one side of the bridge circuit, and is mainly responsible for temperature sensing. The main heater is connected in parallel with the bridge circuit and heats the sensor so that the bridge circuit is balanced. The amount of heat generated by the auxiliary heater is much smaller than that of the main heater, so the heat generated by the resistor corresponding to the first resistor in Fig. 1 can be reduced, allowing accurate and quick temperature control. .
本発明による加熱制御回路は、 補助ヒータを含むプリッジ回路に並列接続され た主ヒータと、 このプリッジ回路の出力に基いて同プリッジ回路及び主ヒータへ の供給電圧を制御する増幅器と、 前記補助ヒ一夕及びガードヒータを含む第 2ブ リッジ回路の出力に基づいて前記ガードヒー夕の電圧が前記補助ヒータに印加さ れた電圧と等しくなるように制御する第 2増幅器とを備える。 The heating control circuit according to the present invention includes: a main heater connected in parallel to a bridge circuit including an auxiliary heater; an amplifier for controlling a supply voltage to the bridge circuit and the main heater based on an output of the bridge circuit; A second amplifier for controlling the voltage of the guard heater to be equal to the voltage applied to the auxiliary heater based on the outputs of the second bridge circuit including the first heater and the guard heater.
前記増幅器は、 前記第 1抵抗及び前記補助ヒータの第 1接続点に反転入力端が 接続され、 前記第 2抵抗及び第 3抵抗の第 2接続点に非反転入力端が接続され、 出力端が例えば電圧フォロアを経由して前記主ヒータ及び前記ブリッジ回路に接 続され、 前記プリッジ回路が起動抵抗によって初期給電される
これの代わりに、 前記第 2増幅器は、 非反転入力端が前記第 2接続点に接続さ れ、 反転入力端が前記ガードヒータに接続され、 出力端がガードヒータに電流を 供給するように接続されている。 前記ガードヒータ及び前記プリッジ回路の給電 点間にはトランジスタが接続され、 前記第 2増幅器は、 出力端が前記トランジス 夕のベース又はゲートに接続されている。 従って、 前記第 2ブリッジ回路は、 前 記ガードヒータ及び前記プリッジ回路の給電点間に接続されたトランジス夕を備 えて、 前記トランジスタは、 前記ガードヒー夕の電圧も印加される前記第 2増幅 器によってベース又はゲー卜が制御される。 The amplifier has an inverting input terminal connected to a first connection point between the first resistor and the auxiliary heater, a non-inverting input terminal connected to a second connection point between the second resistor and the third resistor, and an output terminal. For example, it is connected to the main heater and the bridge circuit via a voltage follower, and the bridge circuit is initially supplied with power by a starting resistor. Instead, the second amplifier has a non-inverting input terminal connected to the second connection point, an inverting input terminal connected to the guard heater, and an output terminal connected to supply current to the guard heater. Have been. A transistor is connected between the guard heater and a feeding point of the bridge circuit, and an output terminal of the second amplifier is connected to a base or a gate of the transistor. Therefore, the second bridge circuit includes a transistor connected between the guard heater and the feeding point of the bridge circuit, and the transistor is controlled by the second amplifier to which the guard heater voltage is also applied. The base or gate is controlled.
図面の簡単な説明 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
図 1は、 従来のブリッジ型加熱制御回路図である。 FIG. 1 is a diagram of a conventional bridge-type heating control circuit.
図 2は、 白金薄膜ヒータの温度 (T) 一抵抗 (R) 特性図である。 Figure 2 shows the temperature (T) -resistance (R) characteristics of a platinum thin film heater.
図 3は、 本発明によるガスセンサの一実施例を示し、 見えない表側に感知部を 配置し、 見えている裏側に主ヒー夕及び補助ヒー夕を配置した概略平面図であ る。 FIG. 3 is a schematic plan view showing an embodiment of the gas sensor according to the present invention, in which a sensing unit is arranged on an invisible front side, and a main heater and an auxiliary heater are arranged on a visible back side.
図 4は、 本発明による加熱制御回路の実施例を示す回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing an embodiment of a heating control circuit according to the present invention.
図 5は、 本発明による加熱型センサ用ヒータの平面図である。 FIG. 5 is a plan view of a heater for a heating-type sensor according to the present invention.
図 6は、 本発明による加熱制御回路の第 1実施例を示す回路図である。 FIG. 6 is a circuit diagram showing a first embodiment of the heating control circuit according to the present invention.
図 7は、 本発明による加熱制御回路の第 2実施例を示す回路図である。 FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the heating control circuit according to the present invention.
発明を実施するための最良の形態 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、 本発明の加熱型センサは、 特願平 7— 3 2 8 3 9 5号の図 2に示された ものに補助ヒー夕を追加している。 例えばガスセンサは 2つの多孔性電極基板間 に挟まれ、 一電極基板が検査されるべきガスと接触し、 他の電極基板が大気に接 触している。 各多孔性電極基板上には、 白金薄膜又はワイヤの主ヒー夕が敷設さ れ、 この主ヒ一夕に等間隔を保って白金薄膜又はワイヤの補助ヒータも敷設され る。 First, the heating-type sensor of the present invention is obtained by adding an auxiliary heater to the sensor shown in FIG. 2 of Japanese Patent Application No. 7-322839. For example, a gas sensor is sandwiched between two porous electrode substrates, with one electrode substrate in contact with the gas to be tested and the other electrode substrate in contact with the atmosphere. On each porous electrode substrate, a main layer of platinum thin film or wire is laid, and an auxiliary heater of platinum thin film or wire is also laid at regular intervals in the main layer.
その上には、 耐熱性好ましくは熱伝導性絶縁膜が塗布され、 更にその上に電極 が形成される。 このように形成された 2つの多孔性基板は、 電極を内側にして対
向して組立てられ内部にガス濃度を感知する物質例えば酸化錫又は酸化鉛の多孔 性焼結体が充填される。 A heat-resistant, preferably heat-conductive insulating film is applied thereon, and an electrode is further formed thereon. The two porous substrates thus formed are paired with the electrodes inside. A porous sintered body of a substance that senses gas concentration, for example, tin oxide or lead oxide, is filled inside.
従って、 主ヒータ及び補助ヒータは、 例えば 4 1 0度 Cに加熱されて、 ガスセ ンサ全体を 4 0 0度 Cに維持している。 上記絶縁膜は、 薄ければ薄いほど熱抵抗 が低くまた熱伝導率の良いものが用いられて、 測定誤差を最小にすることができ る。 Therefore, the main heater and the auxiliary heater are heated to, for example, 410 ° C., and maintain the entire gas sensor at 400 ° C. The thinner the insulating film, the lower the thermal resistance and the better the thermal conductivity are used, and the measurement error can be minimized.
第 1の実施例の加熱型センサは、 図 3に示されるように、 高温に加熱されるガ ス感知部 (図示略) が熱伝導性絶縁基板 2の表側に形成され、 両端に 2つの電極 (図示略) が形成されている。 この絶縁基板 2の裏面には、 加熱領域がガス感知 部の感知領域より僅かに広いように、 感知領域と位置合わせされて白金薄膜の主 ヒータ 3 0が固定され、 この主ヒ一夕 3 0の回りに例えば 4 1 0度 Cで目標抵抗 値を持つ白金薄膜補助ヒータ 3 2が配置される。 In the heating type sensor of the first embodiment, as shown in FIG. 3, a gas sensing part (not shown) heated to a high temperature is formed on the front side of the heat conductive insulating substrate 2 and two electrodes are provided at both ends. (Not shown) are formed. On the back surface of the insulating substrate 2, a platinum thin film main heater 30 is fixed in alignment with the sensing area so that the heating area is slightly wider than the sensing area of the gas sensing section. For example, a platinum thin film auxiliary heater 32 having a target resistance value of 410 ° C. is disposed around the heater.
従って図 3の傾斜部分が加熱領域を示す。 これら主ヒータ 3 0及び補助ヒータ 3 2は、 同一材料又は同一温度係数を持つ金属即ちニクロム合金、 白金又は白金 合金が好ましい。 この場合、 主ヒータ 3 0は、 温度変化が補助ヒー夕 3 2のそれ と同じになり、 抵抗値変化も補助ヒ一夕 3 2のそれと同じになる。 また、 主ヒー 夕及び補助ヒータは、 蛇行させ或は同心円状の白金薄膜又は白金線.で配置されて もよい。 Therefore, the inclined area in FIG. 3 indicates the heating area. The main heater 30 and the auxiliary heater 32 are preferably made of the same material or a metal having the same temperature coefficient, that is, a nichrome alloy, platinum, or a platinum alloy. In this case, the temperature change of the main heater 30 is the same as that of the auxiliary heater 32, and the resistance change is also the same as that of the auxiliary heater 32. Further, the main heater and the auxiliary heater may be arranged in a meandering or concentric platinum thin film or platinum wire.
この補助ヒータは、 その抵抗値が主ヒータのそれより高く設定されるが、 材質 が主ヒ一夕のそれと全く同一である。 例えば、 これらのヒータは、 通常マスクパ ターンが異なっていても、 所定の金属又は合金を同じ蒸着時間蒸着して形成され る。 或は、 主ヒータが形成される領域の蒸着時間を、 補助又はガードヒ一夕が形 成される領域のそれより長くして、 主ヒータの厚さを補助又はガードヒータのそ れより大きくしてもよい。 The resistance value of this auxiliary heater is set higher than that of the main heater, but the material is exactly the same as that of the main heater. For example, these heaters are usually formed by depositing a predetermined metal or alloy for the same deposition time, even if the mask pattern is different. Alternatively, the deposition time in the area where the main heater is formed is longer than that in the area where the auxiliary or guard heater is formed, and the thickness of the main heater is made larger than that of the auxiliary or guard heater. Is also good.
図 4は、 本発明による加熱型センサの加熱制御回路の一実施例を示す回路図で ある。 この図 4において、 図 1に示す部品と類似するものには同じ符号を付して ある。 本発明の加熱制御回路が図 1の従来のそれと異なる点は、 主ヒータ 3 0が ブリッジ回路 1 8に並列接続され、 ブリッジ回路 1 8における従来のヒ一夕の接
続位置に本発明の補助ヒータ 3 2が接続されて、 分圧されない電圧が直接主ヒー 夕 3 0に供給される点である。 FIG. 4 is a circuit diagram showing one embodiment of the heating control circuit of the heating type sensor according to the present invention. In FIG. 4, components similar to those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The difference between the heating control circuit of the present invention and the conventional heating control circuit shown in FIG. 1 is that the main heater 30 is connected in parallel to the bridge circuit 18 and the conventional heating circuit in the bridge circuit 18 is connected. This is the point that the auxiliary heater 32 of the present invention is connected to the continuation position, and the voltage that is not divided is directly supplied to the main heater 30.
即ち、 ェミッタフォロア接続のトランジスタ 2 0は、 コレクタが正電源電圧 + V cラインに接続され、 ェミッタがブリッジ回路 1 8及び主ヒータ 3 0に接続さ れる。 この主ヒータ 3 0が接地される。 一方ブリッジ回路 1 8は、 第 1抵抗 1 2 がトランジスタ 2 0のエミッ夕及び直列接続点 1 3間に接続され、 この直列接続 点 1 3及び接地間に補助ヒー夕 3 2が接続される。 That is, in the transistor 20 connected to the emitter follower, the collector is connected to the positive power supply voltage + Vc line, and the emitter is connected to the bridge circuit 18 and the main heater 30. This main heater 30 is grounded. On the other hand, in the bridge circuit 18, the first resistor 12 is connected between the emitter of the transistor 20 and the series connection point 13, and the auxiliary heater 32 is connected between the series connection point 13 and the ground.
また、 第 2抵抗 1 4がトランジスタ 2 0のェミッタ及び直列接続点 1 7間に接 続され、 この直列接続点 1 7及び接地間に第 3抵抗 1 6が可変抵抗 3 4を経て接 続される。 これら直列接続点 1 3及び 1 7は、 入力電流が無視できる F E T又は バイポーラトランジスタ入力の演算増幅器 2 4の反転及び非反転入力端に各々接 続される。 この増幅器 2 4は、 出力端が保護抵抗 2 2を経てトランジスタ 2 0の ベースに接続される。 また、 トランジスタ 2 0のコレクタ ·ェミツ夕間には、 ェ ミツ夕フォロア 2 0がオフ状態の起動時に初期電圧をプリッジ回路 1 8に供給す るプルアップ抵抗 3 6が接続される。 A second resistor 14 is connected between the emitter of the transistor 20 and the series connection point 17, and a third resistor 16 is connected between the series connection point 17 and the ground via a variable resistor 34. You. These series connection points 13 and 17 are respectively connected to the inverting and non-inverting input terminals of an operational amplifier 24 having a FET or bipolar transistor input with negligible input current. The output of the amplifier 24 is connected to the base of the transistor 20 via the protection resistor 22. Further, a pull-up resistor 36 that supplies an initial voltage to the bridge circuit 18 when the emitter follower 20 is turned off is connected between the collector and the emitter of the transistor 20.
この回路の基本動作において、 電源投入時には、 ブリッジ回路 1 8に不平衡出 力電圧が発生しないので、 例えば 1ボルトの起動用の電圧をプリッジ回路に供給 する抵抗 3 6が必要となる。 この起動抵抗 3 6は、 主ヒータ 3 0への電流が主に エミッ夕フォロア 2 0から供給されるので、 かなり高い抵抗値が用いられ、 その 消費電力が殆ど無視できる。 また、 主ヒ一夕 3 0及び補助ヒー夕 3 2の抵抗値は 各々未通電時に低く、 通電すると徐々に高くなつて例えば 4 0 0度 Cに目標抵抗 値に到達する。 従って、 ブリッジ回路 1 8、 増幅器 2 4及びエミッ夕フォロア 2 0は、 補助ヒー夕 3 2の抵抗値の上昇に起因するブリッジ回路 1 8の不平衡出力 電圧によって、 給電電圧を上昇させ、 平衡給電電圧に到達させる。 In the basic operation of this circuit, when the power is turned on, an unbalanced output voltage is not generated in the bridge circuit 18, so that a resistor 36 for supplying a starting voltage of, for example, 1 volt to the bridge circuit is required. Since the current to the main heater 30 is mainly supplied from the emitter follower 20, the starting resistor 36 has a considerably high resistance value, and its power consumption can be almost ignored. The resistance values of the main heater 30 and the auxiliary heater 32 are each low when the power is not supplied, and gradually increase when the power is supplied, and reach the target resistance value, for example, at 400 ° C. Therefore, the bridge circuit 18, the amplifier 24 and the emitter follower 20 increase the power supply voltage by the unbalanced output voltage of the bridge circuit 18 caused by the increase in the resistance value of the auxiliary heater 32, and the balanced power supply is performed. Allow the voltage to reach.
補助ヒー夕又は主ヒータの温度が所定値より低い時には、 e l < e 2で増幅器 2 4の出力即ちトランジスタ 2 0のェミッタ電圧が上昇する。 これによつて、 主 ヒータへの給電が増加される。 また、 補助ヒータによっても若干加熱される。 補 助ヒータ又は主ヒータの温度が所定値より高い時には、 e l > e 2で増幅器 2 4
の出力は低くなり、 主ヒータ及び補助ヒー夕への給電は減少する。 When the temperature of the auxiliary heater or the temperature of the main heater is lower than a predetermined value, the output of the amplifier 24, that is, the emitter voltage of the transistor 20 increases due to el <e2. This increases the power supply to the main heater. It is also slightly heated by the auxiliary heater. When the temperature of the auxiliary heater or the main heater is higher than the specified value, the amplifier 24 The power of the main heater and the auxiliary heater is reduced.
可変抵抗 3 4は、 ヒータ温度を所望値に調整するポテンショメ一夕又は可変抵 抗器である。 図 4の回路において、 主及び補助ヒータの目標温度は、 第 1抵抗 1 2対補助ヒータの抵抗値比率が第 2抵抗 1 4対 (第 3抵抗 1 6 +可変抵抗 3 4 ) の抵抗値比率と等しくなるように、 設定される。 The variable resistor 34 is a potentiometer or a variable resistor for adjusting the heater temperature to a desired value. In the circuit of Fig. 4, the target temperature of the main and auxiliary heaters is the resistance ratio of the first resistor 12 to the auxiliary heater resistance ratio of the second resistance 14 to (the third resistance 16 + the variable resistance 34). Is set to be equal to
従って、 補助ヒータ 3 2が 4 0 0度 Cになった時には目標給電電圧が主ヒ一夕 3 0にも供給され、 同時に主ヒー夕 3 0も 4 0 0度 Cになっている。 主ヒータ 3 0の温度変化は、 補助ヒータ 3 2にも伝わり、 この温度変化を元に戻すように給 電電圧を増減させて、 目標の温度に戻させる。 また目標の温度は、 例えばガス感 知部との間に介挿される基板又は膜の熱抵抗による損失を考慮して 4 1 0度 Cに 加熱制御されてもよい。 Therefore, when the auxiliary heater 32 reaches 400 ° C., the target power supply voltage is also supplied to the main heater 30, and at the same time, the main heater 30 also reaches 400 ° C. The temperature change of the main heater 30 is also transmitted to the auxiliary heater 32, and the supply voltage is increased or decreased so that the temperature change is returned to the target temperature. The target temperature may be controlled to be heated to 410 ° C. in consideration of, for example, a loss due to thermal resistance of a substrate or a film interposed between the gas sensing unit.
図 3に示す加熱型センサにおいて、 主ヒータ及び補助ヒ一夕が配置された絶縁 基板の絶縁特性が例えば経年変化で劣化した場合には、 主ヒー夕及び補助ヒータ 間に漏洩電流が流れる恐れがある。 この漏洩電流によって e 1の電位が上昇して しまい、 補助ヒータ 3 2の温度は所定値より低下してしまう問題がある。 In the heating type sensor shown in Fig. 3, if the insulation characteristics of the insulating substrate on which the main heater and the auxiliary heater are arranged deteriorate, for example, due to aging, leakage current may flow between the main heater and the auxiliary heater. is there. There is a problem that the potential of e1 rises due to this leakage current, and the temperature of the auxiliary heater 32 falls below a predetermined value.
図 5は、 上記問題を改善した本発明による加熱型センサの第 2実施例を示す平 面図である。 図 5において、 図 3に示す部品と類似するものには同じ符号を付し てある。 熱伝導性ジルコニァ基板 2の表側には高温に加熱されるガス感知部 (図 示略) が形成され、 両端に 2つの電極 (図示略) が形成されている。 FIG. 5 is a plan view showing a second embodiment of the heating type sensor according to the present invention in which the above-mentioned problem is solved. In FIG. 5, components similar to those shown in FIG. 3 are given the same reference numerals. A gas sensing portion (not shown) that is heated to a high temperature is formed on the front side of the thermally conductive zirconia substrate 2, and two electrodes (not shown) are formed at both ends.
この基板 2の裏面には、 感知領域と位置合わせされて白金薄膜の主ヒータ 3 0 が回りに配置され、 この主ヒータ 3 0の内側に白金薄膜のガードヒータ 4 0が配 置され、 更に内側に白金薄膜の補助ヒータ 3 2が配置される。 従って、 ジルコ二 ァ基板 2上の主ヒータ 3 0及び補助ヒ一夕 3 2の間には、 ガードヒータ 4 0が補 助ヒ一夕 3 2側に隣接するように配置されている。 また、 補助ヒータ 3 2の各部 の電位がガードヒータ 4 0の隣接する部位の電位と等しくなるようにすれば、 漏 洩電流の影響が補助ヒータ 3 2に及ばなくなる。 A platinum thin film main heater 30 is disposed around the back surface of the substrate 2 so as to be aligned with the sensing area, and a platinum thin film guard heater 40 is disposed inside the main heater 30. An auxiliary heater 32 made of a platinum thin film is arranged in the housing. Therefore, between the main heater 30 and the auxiliary heater 32 on the zirconium substrate 2, the guard heater 40 is arranged adjacent to the auxiliary heater 32 side. If the potential of each part of the auxiliary heater 32 is made equal to the potential of a part adjacent to the guard heater 40, the influence of the leakage current does not reach the auxiliary heater 32.
勿論、 これら補助ヒー夕又はガードヒー夕は、 それらの抵抗値が主ヒー夕のそ れより高く設定されるが、 材質が主ヒータのそれと全く同一である。 従ってこれ
らのヒー夕は、 通常マスクパターンが異なり、 所定の金属を同じ蒸着時間蒸着し て形成される。 或は、 主ヒータが形成される領域の蒸着時間を、 補助又はガード ヒー夕が形成される領域のそれより長くして、 主ヒータの厚さを補助又はガード ヒー夕のそれより大きくしてもよい。 Of course, the resistance of these auxiliary heaters or guard heaters is set higher than that of the main heater, but the material is exactly the same as that of the main heater. So this These masks usually have different mask patterns and are formed by depositing a predetermined metal for the same deposition time. Alternatively, the deposition time of the area where the main heater is formed is longer than that of the area where the auxiliary or guard heater is formed, and the thickness of the main heater is made larger than that of the auxiliary or guard heater. Good.
図 6は、 本発明による加熱型センサに用いられる加熱制御回路の第 2実施例を 示している。 図 6において、 図 4に示す部品と類似するものには同じ符号を付し てあり、 エミッ夕フォロア接続の第 1 トランジスタ 2 0は、 コレクタが正電源電 圧 + V cラインに接続され、 エミッ夕が並列接続のブリッジ回路 1 8及び主ヒー 夕 3 0を経て接地される。 FIG. 6 shows a second embodiment of the heating control circuit used in the heating type sensor according to the present invention. In FIG. 6, components similar to those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and the first transistor 20 having an emitter follower connection has a collector connected to the positive power supply voltage + Vc line and an emitter. The evening is grounded via the bridge circuit 18 and the main heater 30 connected in parallel.
ブリッジ回路 1 8の内部抵抗は、 主ヒータ 3 0の抵抗より相当高いので、 大半 の電流が主ヒータ 3 0に供給される。 このプリッジ回路 1 8は、 第 1抵抗 1 2が 接続点 1 3で補助ヒ一夕 3 2と直列接続され、 第 2抵抗 1 4が接続点 1 7を経て 第 3抵抗 1 6及び可変抵抗 3 4と直列接続される。 Since the internal resistance of the bridge circuit 18 is considerably higher than the resistance of the main heater 30, most of the current is supplied to the main heater 30. In this bridge circuit 18, the first resistor 12 is connected in series with the auxiliary resistor 32 at the connection point 13, and the second resistor 14 is connected to the third resistor 16 and the variable resistor 3 via the connection point 17. Connected in series with 4.
これらの接続点 1 3及び 1 7は、 第 1演算増幅器 2 4の反転及び非反転入力端 に各々接続される。 この増幅器 2 4は、 出力端が保護抵抗 2 2を経て第 1 卜ラン ジス夕 2 0のベースに接続される。 また、 第 1 トランジスタ 2 0のコレクタ ·ェ ミッタ間には、 起動時に初期電圧をブリッジ回路 1 8に供給するプルアップ抵抗 3 6が接続される。 These connection points 13 and 17 are connected to the inverting and non-inverting input terminals of the first operational amplifier 24, respectively. The output terminal of the amplifier 24 is connected to the base of the first transistor 20 via the protection resistor 22. Also, a pull-up resistor 36 that supplies an initial voltage to the bridge circuit 18 at the time of startup is connected between the collector and the emitter of the first transistor 20.
上記第 1抵抗 1 2及び補助ヒー夕 3 2は、 ガードヒータ 4 0及び第 2 トランジ スタ 4 2と協働して第 2ブリッジ回路 4 4を構成する。 この第 2 トランジスタ 4 2は、 コレクタが主ヒ一夕 3 0の給電点 4 6に接続され、 ェミッタが抵抗 4 8を 通して補助ヒー夕 4 0に接続される。 The first resistor 12 and the auxiliary heater 32 form a second bridge circuit 44 in cooperation with the guard heater 40 and the second transistor 42. The collector of the second transistor 42 is connected to the power supply point 46 of the main transistor 30, and the emitter is connected to the auxiliary heater 40 through the resistor 48.
これら抵抗 4 8及び補助ヒー夕 4 0の接続点 5 0には、 第 2演算増幅器 5 2の 反転入力端が接続される。 この第 2演算増幅器 5 2は、 非反転入力端が接続点 1 3に接続されると共に、 出力端が抵抗 5 4を通して第 2 トランジスタ 4 2のべ一 スに接続される。 A connection point 50 between the resistor 48 and the auxiliary heater 40 is connected to an inverting input terminal of the second operational amplifier 52. The second operational amplifier 52 has a non-inverting input terminal connected to the connection point 13 and an output terminal connected to the base of the second transistor 42 through the resistor 54.
図 7は、 本発明による加熱型センサの加熱制御回路の第 3の実施例を示してい る。 図 7において、 図 6に示す部品と類似するものには同じ符号を付してあ。 即
ち、 ガードヒータ 4 0に供給される電流は、 主ヒー夕 3 0に供給される電流より かなり少ないので、 エミッ夕フォロア接続の第 2 トランジスタ 4 2を省略するこ とができる。 従って、 第 2増幅器 5 2の出力端が反転入力端に接続されて第 2ブ リッジ回路 4 4を構成している。 FIG. 7 shows a third embodiment of the heating control circuit of the heating type sensor according to the present invention. In FIG. 7, components similar to those shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. Immediately Since the current supplied to the guard heater 40 is considerably smaller than the current supplied to the main heater 30, the second transistor 42 connected to the emitter follower can be omitted. Therefore, the output terminal of the second amplifier 52 is connected to the inverting input terminal to form the second bridge circuit 44.
本発明による加熱制御回路の第 2実施例の基本動作は次の通りである。 電源 投入時には、 ブリッジ回路 1 8に不平衡出力電圧が発生しないので、 例えば 1ボ ルトの起動用の電圧が抵抗 3 6を経由してブリッジ回路 1 8に供給される。 この 起動抵抗 3 6は、 定常時に主ヒー夕 3 0への電流が主にエミッ夕フォロア 2 0か ら供給されるので、 かなり高い抵抗値が用いられ、 その消費電力が殆ど無視でき る。 The basic operation of the second embodiment of the heating control circuit according to the present invention is as follows. When the power is turned on, an unbalanced output voltage is not generated in the bridge circuit 18. For example, a 1-volt starting voltage is supplied to the bridge circuit 18 via the resistor 36. Since the current to the main heater 30 is supplied mainly from the emitter follower 20 in a steady state, a considerably high resistance value is used for the starting resistor 36, and the power consumption thereof can be almost ignored.
また、 主ヒー夕 3 0及び補助ヒータ 3 2の抵抗値は各々未通電時に低く、 通電 すると徐々に高くなつて例えば 4 0 0度 Cに目標抵抗値に到達する。 従って、 増 幅器 2 4及びエミッ夕フォロア 2 0は、 補助ヒータ 3 2の抵抗値の上昇に起因す るブリッジ回路 1 8の不平衡出力電圧によって、 供給電圧を上昇させ、 平衡供給 電圧に到達させる。 即ち、 増幅器 2 4は、 接続点 1 3及び 1 7の電位 e 1及び e 2が等しくなるように、 第 1 トランジスタ 2 0を制御して、 補助ヒー夕 3 2の温 度を所定値に維持する。 In addition, the resistance values of the main heater 30 and the auxiliary heater 32 are each low when the power is not supplied, and gradually increase when the power is supplied, and reach the target resistance value, for example, at 400 ° C. Therefore, the amplifier 24 and the emitter follower 20 increase the supply voltage by the unbalanced output voltage of the bridge circuit 18 caused by the increase in the resistance value of the auxiliary heater 32, and reach the balanced supply voltage. Let it. That is, the amplifier 24 controls the first transistor 20 so that the potentials e 1 and e 2 of the connection points 13 and 17 are equal, and maintains the temperature of the auxiliary heater 32 at a predetermined value. I do.
従って、 補助ヒー夕 3 2の温度が所定温度より低い時には、 e l < e 2で増幅 器 2 4の出力が上昇する。 従って、 第 1 トランジスタ 2 0を経由して主ヒータ 3 0、 補助ヒータ 3 2及びガードヒータ 4 0への供給電圧が上昇される。 補助ヒー 夕 3 2の温度が所定温度より高い時には、 e l〉e 2で増幅器 2 4の出力は下降 する。 従って、 主ヒー夕 3 0、 補助ヒータ 3 2及びガードヒ一夕 4 0への供給電 圧が減少する。 勿論大半の電流は主ヒータ 3 0を流れて、 主ヒー夕 3 0が主に発 熱している。 Therefore, when the temperature of the auxiliary heater 32 is lower than the predetermined temperature, the output of the amplifier 24 increases due to el <e2. Therefore, the supply voltage to the main heater 30, the auxiliary heater 32, and the guard heater 40 via the first transistor 20 is increased. When the temperature of the auxiliary heater 32 is higher than the predetermined temperature, the output of the amplifier 24 decreases at el> e2. Therefore, the supply voltage to the main heater 30, the auxiliary heater 32 and the guard heater 40 decreases. Of course, most of the current flows through the main heater 30, and the main heater 30 mainly generates heat.
可変抵抗 3 4は補助ヒータ 3 2の温度を所望値に調整するポテンショメ一夕又 は可変抵抗器である。 図 6又は図 7の回路例では補助ヒータ 3 2は R 1 : r H = R 3 : (R 4 + V R 1 ) を満足する温度に収束する。 The variable resistor 34 is a potentiometer or a variable resistor for adjusting the temperature of the auxiliary heater 32 to a desired value. In the circuit example of FIG. 6 or FIG. 7, the auxiliary heater 32 converges to a temperature satisfying R1: rH = R3: (R4 + VR1).
次にガードヒータの作用を説明する。 補助ヒ一夕 3 2との接続点 1 3の電位を
e 1、 ガードヒータ 4 0との接続点 5 0の電位を e 3とすると、 e 3く e 1の時 には、 第 2増幅器 5 2の出力電圧及び第 2 トランジスタ 4 2のェミツ夕電圧が上 昇し、 ガードヒータ 4 0の電位 e 3が上昇する。 Next, the operation of the guard heater will be described. Connect the potential at the connection point 13 with the auxiliary e1, the potential at the connection point 50 with the guard heater 40 is e3, and when e3 and e1, the output voltage of the second amplifier 52 and the emitter voltage of the second transistor 42 are equal. As a result, the potential e 3 of the guard heater 40 rises.
e 3 > e 1の時には、 第 2増幅器 5 2の出力電圧及び第 2 トランジスタ 4 2の ェミッタ電圧が下降して、 e 3も下降する。 従って、 第 2増幅器 5 2は、 常に e 3 = e 1の関係が保たれるように第 2 トランジスタ 4 2を制御し、 漏洩電流によ る補助ヒータ 3 2への影響が避けられる。 When e3> e1, the output voltage of the second amplifier 52 and the emitter voltage of the second transistor 42 decrease, and e3 also decreases. Therefore, the second amplifier 52 controls the second transistor 42 so that the relationship of e 3 = e 1 is always maintained, and the influence of the leakage current on the auxiliary heater 32 is avoided.
仮に、 ジルコニァ基板の絶縁性が劣化して、 主ヒータ 3 0からガードヒー夕 4 0に漏洩電流が流れて、 e 3の電位が上昇したとしても、 第 2増幅器 5 2により 即座に e 3 = e 1になるため、 補助ヒー夕 3 2には影響しない。 即ち、 ヒータ温 度は変動しない。 また、 抵抗 3 6は第 1 トランジスタ 2 0がオフした際 e 1、 e 2、 e 3が共にゼロ電位にならないようにするためのプルアップ抵抗である。 図 6又は図 7の回路において、 主及び補助ヒータの目標温度は、 第 1抵抗 1 2 対補助ヒータの抵抗値比率が第 2抵抗 1 4対 (第 3抵抗 1 6 +可変抵抗 3 4 ) の 抵抗値比率と等しくなるように、 設定される。 また、 ガードヒー夕 4 0はヒータ 基板の絶縁性劣化に伴う漏洩電流が発生しても、 補助ヒータ 3 2には作用させな いように機能する。 Even if the insulation of the zirconia substrate deteriorates, a leakage current flows from the main heater 30 to the guard heater 40, and the potential of e3 rises, the second amplifier 52 immediately e3 = e Since it becomes 1, the auxiliary heater 3 does not affect 2. That is, the heater temperature does not change. Further, the resistor 36 is a pull-up resistor for preventing all of e1, e2, and e3 from reaching zero potential when the first transistor 20 is turned off. In the circuit of Fig. 6 or Fig. 7, the target temperature of the main and auxiliary heaters is the ratio of the first resistor 12 to the auxiliary heater resistance value of the second resistor 14 to 14 (third resistor 16 + variable resistor 34). It is set to be equal to the resistance value ratio. Also, the guard heater 40 functions so as not to act on the auxiliary heater 32 even if a leakage current is generated due to deterioration of the insulation of the heater substrate.
従って、 補助ヒー夕 3 2が例えば 4 0 0度 Cになった時には、 目標供給電圧が 主ヒー夕 3 0にも供給され、 同時に主ヒータ 3 0も 4 0 0度 Cになっている。 主 ヒ一夕 3 0の温度変化は、 補助ヒータ 3 2及びガードヒータ 4 0にも伝わり、 こ の温度変化を元に戻すように供給電圧を増減させて、 目標の温度に戻させる。 ま た目標の温度は、 例えばガス感知部との間に介挿される基板又は膜の熱抵抗によ る損失を考慮して 4 1 0度 Cに加熱制御されてもよい。 Therefore, when the auxiliary heater 32 reaches, for example, 400 ° C., the target supply voltage is also supplied to the main heater 30 and at the same time, the main heater 30 also reaches 400 ° C. The temperature change of the main heater 30 is also transmitted to the auxiliary heater 32 and the guard heater 40, and the supply voltage is increased or decreased so as to restore the temperature change to the target temperature. Further, the target temperature may be controlled to be heated to 410 ° C. in consideration of, for example, a loss due to thermal resistance of a substrate or a film inserted between the gas sensing unit.
この絶縁基板は、 感知部の支持板として用いられる窒化アルミニウム、 シリコ ンカーバイド等の熱伝導率が金属に近いセラミック基板、 二酸化シリコン層、 或 は断熱支持体にプリント配線された略長方形又は楕円の断面形状を有する線形又 は蛇行ヒー夕上に形成される蒸着膜或は塗布膜である。 勿論トランジスタは、 バ ィポーラ型の他に M〇S F E Tが用いられてもよい。
以上説明したように、 本発明の加熱型センサの加熱制御回路は、 従来のブリツ ジ型加熱制御回路に比べて、 第 1抵抗及び補助ヒータの抵抗値を高く設定でき、 またその比を所定の設定温度で最大の感度が得られる 1 : 1に略設定でき、 それ らの発熱量を極めて少なくすることができる。 従って、 主ヒータ結果的に補助 ヒータの温度即ち抵抗値変化による出力電圧の変化 (e lの変化) を大きくする ことができて、 より正確な温度制御が可能となる。 This insulating substrate may be a substantially rectangular or elliptical printed wiring on a ceramic substrate such as aluminum nitride or silicon carbide used as a support plate for the sensing part, which has a thermal conductivity close to that of metal, a silicon dioxide layer, or a heat insulating support. It is a deposition film or a coating film formed on a linear or meandering surface having a cross-sectional shape. Of course, the transistor may be an M〇SFET in addition to the bipolar type. As described above, the heating control circuit of the heating type sensor according to the present invention can set the resistance values of the first resistor and the auxiliary heater higher than those of the conventional bridge type heating control circuit, and set the ratio to a predetermined value. The maximum sensitivity can be obtained at the set temperature, which can be set almost to 1: 1, and the amount of heat generated can be extremely reduced. Therefore, the change in the output voltage (change in el) due to the change in the temperature of the auxiliary heater, that is, the change in the resistance value as a result of the main heater can be increased, and more accurate temperature control can be performed.
また、 加熱制御回路は、 エネルギ損失が少なくなり、 内部の温度上昇も抑えら れて安全である。 更に基準抵抗となる第 1抵抗の抵抗値変動が極めて小さくなる ため、 正確な温度制御機能を得ると共に、 所定温度への収束時間が短縮される。 従って、 ヒー夕の発熱或は周囲温度変動下の感知部を例えば 4 0 0度 Cの高温 に一定に維持し、 信頼性を高めると共に、 構造が簡単で安価に構成することがで きる。 また、 感知部及びヒータ間に設けられる基板又は膜は、 気体の対流伝熱と 異なり固体中を伝播する熱伝導率が金属に近く一定である。 このため、 ガス感知 部又はヒータ自身の発熱変動或は周囲温度の変化によるガス感知部又はヒータの 温度変化が補償され、 ガス感知部の感度特性が安定する。 In addition, the heating control circuit is safe because energy loss is reduced and internal temperature rise is suppressed. Further, since the fluctuation of the resistance value of the first resistance serving as the reference resistance is extremely small, an accurate temperature control function is obtained, and the convergence time to a predetermined temperature is reduced. Therefore, it is possible to maintain the temperature of the sensor under the heat generation of the heat source or the fluctuation of the ambient temperature constant at a high temperature of, for example, 400 ° C., thereby improving the reliability, and simplifying the structure at a low cost. In addition, unlike a convective heat transfer of gas, a substrate or a film provided between the sensing unit and the heater has a constant thermal conductivity that propagates through a solid, close to a metal. Therefore, a change in the temperature of the gas sensing unit or the heater due to a change in heat generation of the gas sensing unit or the heater itself or a change in the ambient temperature is compensated, and the sensitivity characteristics of the gas sensing unit are stabilized.
本発明の第 2実施例の加熱型センサは、 プリッジ回路の補助ヒー夕側の部品と ガードヒータとで第 2ブリッジ回路を構成し、 ガードヒー夕の印加電圧 (e 3 ) が補助ヒータ 3 2の印加電圧 (e l ) と等しくなるように第 2増幅器を設けたた め、 ジルコニァ等のヒー夕基板の電気的絶縁性が劣化しても、 加熱型センサの第 1実施例のようにヒ一夕温度が変動することはない。 In the heating type sensor according to the second embodiment of the present invention, a part of the auxiliary heater side of the bridge circuit and the guard heater constitute a second bridge circuit, and the guard heater voltage (e 3) is applied to the auxiliary heater 32. Since the second amplifier is provided so as to be equal to the applied voltage (el), even if the electrical insulation of the heater substrate such as zirconia is degraded, the first amplifier as in the first embodiment of the heating type sensor is used. The temperature does not fluctuate.
更にガードヒー夕の値も高く設定できるため、 主ヒータの温度変化による出力 電圧の変化を大きくできる。 また、 加熱制御回路内の温度上昇も抑えられる。 補助ヒータは主に温度の感知作用を受け持つ。 主ヒー夕はプリッジ回路と並列 接続され、 ブリッジ回路が平衡するように感知部を加熱する。 ガードヒータは、 主ヒー夕に起因する漏洩電流を吸収するので、 正確、 且つ迅速な温度制御が可能 となる。
Further, since the value of the guard heater can be set high, the change in the output voltage due to the temperature change of the main heater can be increased. Also, the temperature rise in the heating control circuit can be suppressed. The auxiliary heater is mainly responsible for temperature sensing. The main heater is connected in parallel with the bridge circuit and heats the sensor so that the bridge circuit is balanced. Since the guard heater absorbs the leakage current caused by the main heater, accurate and quick temperature control is possible.