WO1998017994A1

WO1998017994A1 - Capteur de type a chauffe

Info

Publication number: WO1998017994A1
Application number: PCT/JP1997/003813
Authority: WO
Inventors: Osamu Yaguchi
Original assignee: Kabushiki Kaisha Riken
Priority date: 1996-10-22
Filing date: 1997-10-22
Publication date: 1998-04-30
Also published as: JP3705875B2; JPH10123085A

Description

明細書加熱型センサ技術分野

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。

背景技術

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

発明の開示

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図面の簡単な説明

図 1は、従来のブリッジ型加熱制御回路図である。

図 2は、白金薄膜ヒータの温度（T) 一抵抗（R) 特性図である。

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。

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。

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。

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。

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。

発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims

請求の範囲

1 . 感知部の近傍に主ヒー夕及び補助ヒー夕を配置して、同感知部を所定温度に加熱する加熱型センサ。

2 . 前記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ータを並列接続して、前記プリッジ回路の出力に基づいて前記プリッジ回路及び前記主ヒー夕に給電する加熱制御回路を備えた請求の範囲第 1項記載のセンサ。

3 . 前記感知部、主ヒー夕及び補助ヒー夕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抵抗を各々含み、

前記加熱制御回路は、前記主ヒ一夕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た請求の範囲第 2項記載のセンサ。

4. 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ータが各々固定され、この絶縁基板の他面の主ヒー夕の回りには前記補助ヒータが配置された請求の範囲第 3項記載のセンサ。

5 . 前記主ヒ一夕及び補助ヒ一夕間には、この補助ヒー夕側に隣接してガードヒータを配置したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のセンサ。

6 . 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夕への供給電圧を制御する増幅器と、

前記補助ヒー夕及びガードヒータを含む第 2プリッジ回路の出力に基いて前記ガードヒー夕の電圧が前記補助ヒ一夕に印加された電圧と等しくなるように制御する第 2増幅器とを備えた請求の範囲第 5項記載のセンサ。

7 . 前記ブリッジ回路は、残りの三辺に第 1抵抗、第 2抵抗及び第 3抵抗を含み、前記増幅器は、前記第 1抵抗及び前記補助ヒー夕の第 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、出力端が前記主ヒー夕及び前記プリッジ回路に接続されることを特徴とする請求の範囲第 6項記載のセンサ。

8 . 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一夕に接続され、出力端がガードヒ一夕に電流を供給するように接続されることを特徴とする請求の範囲第 6項記載のセンサ。

9 . 前記ガードヒ一夕及び前記プリッジ回路の給電点間にはトランジス夕が接続され、前記第 2増幅器は、出力端が前記トランジスタのベース又はゲートに接続されることを特徴とする請求の範囲第 6項記載のセンサ。

1 0 . 前記ブリッジ回路は、起動抵抗によって初期給電される請求の範囲第 6 項記載のセンサ。