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公開番号2025108070
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-23
出願番号2024001720
出願日2024-01-10
発明の名称センサモジュール、ガスセンサ、制御装置、制御方法、および制御プログラム
出願人ローム株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類G01N 27/12 20060101AFI20250715BHJP(測定;試験)
要約【課題】温度センサの経年劣化に影響されることなく、混合気体に含まれる少なくとも1種類の気体の含有率を適切に特定する技術を提供する。
【解決手段】センサモジュール(1)は、ヒータ(H1)と加熱可能な第1位置における混合気体の第1温度を測定する第1温度センサ(Th1)と加熱されない第2位置における混合気体の第2温度(T0)を測定する第2温度センサ(Th2)と制御装置(100)とを備える。制御装置(100)は加熱されていないときの第1温度センサ(Th1)の電気抵抗と加熱されているときの第1温度センサ(Th1)の電気抵抗と、加熱されていないときの第1温度センサ(Th1)の電気抵抗に基づいて算出された第1温度センサ(Th1)の温度抵抗係数と第2温度センサ(Th2)の電気抵抗に基づいて算出された第2温度とに基づいて第1温度センサ(Th1)が加熱されているときの第1温度を算出する。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するセンサモジュールであって、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、
前記ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第１位置における前記混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、
前記ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第２位置における前記混合気体の第２温度を測定する第２温度センサと、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗に基づいて前記第１温度センサの温度抵抗係数を算出し、
前記第２温度センサの電気抵抗に基づいて前記第２温度を算出し、
前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗と、前記ヒータによって加熱されているときの前記第１温度センサの電気抵抗と、前記第１温度センサの前記温度抵抗係数と、前記第２温度とに基づいて、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度を算出する、センサモジュール。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
前記第１温度センサの前記温度抵抗係数は、前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗と比例する、請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項３】
前記制御装置は、以下の式（１）に従って、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度を算出し、
TIFF
2025108070000004.tif
13
114
式中、Ｒは、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度センサの電気抵抗であり、
Ｒ０は、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗であり、
αは、前記第１温度センサの前記温度抵抗係数であり、
Ｔ０は、前記第２温度であり、
Ｔは、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度である、請求項１または請求項２に記載のセンサモジュール。
【請求項４】
前記第１温度センサは、第１素子を含み、
前記センサモジュールは、
支持基板と、
前記支持基板の上方に配置される特定層とをさらに備え、
前記第１素子は、前記特定層上に配置されている、請求項１に記載のセンサモジュール。
【請求項５】
前記第２温度センサは、前記第１素子と異なる第２素子を含み、
前記第２素子は、前記特定層上に配置されている、請求項４に記載のセンサモジュール。
【請求項６】
前記特定層は、前記第１素子と前記第２素子との間にスリットを有する、請求項５に記載のセンサモジュール。
【請求項７】
前記第２温度センサは、前記第１温度センサと別体として構成される、請求項４に記載のセンサモジュール。
【請求項８】
混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するガスセンサであって、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、
前記ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第１位置における前記混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、
前記ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第２位置における前記混合気体の第２温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記ガスセンサは、前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗を用いて算出された前記第１温度センサの温度抵抗係数と、前記第２温度センサの電気抵抗を用いて算出された前記第２温度と、前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗と、前記ヒータによって加熱されているときの前記第１温度センサの電気抵抗とに基づいて、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度を算出可能に構成されている、ガスセンサ。
【請求項９】
混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御装置であって、
前記ガスセンサは、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、
前記ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第１位置における前記混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、
前記ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第２位置における前記混合気体の第２温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記制御装置は、
前記第１温度センサの電気抵抗および前記第２温度センサの電気抵抗を取得するガスセンサインターフェースと、
前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗を用いて算出された前記第１温度センサの温度抵抗係数と、前記第２温度センサの電気抵抗を用いて算出された前記第２温度と、前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗と、前記ヒータによって加熱されているときの前記第１温度センサの電気抵抗とに基づいて、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度を算出する演算装置とを備える、制御装置。
【請求項１０】
混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御方法であって、
前記ガスセンサは、
供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、
前記ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第１位置における前記混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、
前記ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって前記第２位置における前記混合気体の第２温度を測定する第２温度センサとを備え、
前記制御方法は、コンピュータが実行する処理として、
前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗に基づいて前記第１温度センサの温度抵抗係数を算出するステップと、
前記第２温度センサの電気抵抗に基づいて前記第２温度を算出し、
前記ヒータによって加熱されていないときの前記第１温度センサの電気抵抗前記ヒータによって加熱されているときの前記第１温度センサの電気抵抗と、前記第１温度センサの前記温度抵抗係数と、前記第２温度とに基づいて、前記ヒータによって前記第１温度センサが加熱されているときの前記第１温度を算出するステップとを含む、制御方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するセンサモジュール、ガスセンサ、制御装置、制御方法、および制御プログラムに関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するセンサが公知である。たとえば、特開２０２２－１８３４８１号公報（特許文献１）には、白金で構成される温度センサがヒータに加熱されることを利用して混合気体に含まれる気体の含有率を特定するガスセンサが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１８３４８１号公報［概要］白金などの金属で構成される温度センサは、混合気体に露出され、混合気体との間で熱交換を行うことにより電気抵抗が変化し、このような電気抵抗の変化を利用して混合気体の温度を測定することが可能である。白金などの金属で構成される温度センサは、経年劣化し得る。ここで、経年劣化を考慮して温度センサの電気抵抗を補正する手法として補償センサを用いることが考えられる。補償センサは、温度センサと同様に白金などの金属で構成される一方で、温度センサと異なり、特定の気体が充填された容器内に格納されることによって、既知の気体のみを常に検出し続ける。
【０００４】
補償センサを用いた補正方法では、補償センサが温度センサと同様の構成を有することから温度センサと補償センサの劣化度合いが同様であると仮定し、補償センサの検出結果の変化度合いを用いて温度センサの検出結果を補正するという方法が採用されている。しかしながら、補償センサおよび温度センサの各々の特性には、個体差が存在するため、個体ごとに劣化度合いが異なる場合があり、温度センサの経年劣化の影響を抑えることができず、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を適切に特定することができないおそれがあった。
【０００５】
本開示は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、温度センサの経年劣化に影響されることなく、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を適切に特定する技術を提供するものである。
【０００６】
本開示のセンサモジュールは、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するセンサモジュールであって、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第１位置における混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第２位置における混合気体の第２温度を測定する第２温度センサと、制御装置とを備え、制御装置は、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗に基づいて第１温度センサの温度抵抗係数を算出し、第２温度センサの電気抵抗に基づいて第２温度を算出し、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗と、ヒータによって加熱されているときの第１温度センサの電気抵抗と、第１温度センサの温度抵抗係数と、第２温度とに基づいて、ヒータによって第１温度センサが加熱されているときの第１温度を算出する。
【０００７】
本開示の制御装置は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御装置であって、ガスセンサは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第１位置における混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第２位置における混合気体の第２温度を測定する第２温度センサとを備え、制御装置は、第１温度センサの電気抵抗および第２温度センサの電気抵抗を取得するガスセンサインターフェースと、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗を用いて算出された第１温度センサの温度抵抗係数と、第２温度センサの電気抵抗を用いて算出された第２温度と、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗と、ヒータによって加熱されているときの第１温度センサの電気抵抗とに基づいて、ヒータによって第１温度センサが加熱されているときの第１温度を算出する演算装置とを備える。
【０００８】
本開示の制御方法は、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御方法であって、ガスセンサは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第１位置における混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第２位置における混合気体の第２温度を測定する第２温度センサとを備え、制御方法は、コンピュータが実行する処理として、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗に基づいて第１温度センサの温度抵抗係数を算出するステップと、第２温度センサの電気抵抗に基づいて第２温度を算出し、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗ヒータによって加熱されているときの第１温度センサの電気抵抗と、第１温度センサの温度抵抗係数と、第２温度とに基づいて、ヒータによって第１温度センサが加熱されているときの第１温度を算出するステップとを含む。
【０００９】
本開示の制御プログラムは、混合気体に含まれる少なくとも１種類の気体の含有率を特定するガスセンサを制御する制御プログラムであって、ガスセンサは、供給された電力に応じて発熱する熱伝導式のヒータと、ヒータによって加熱可能な第１位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第１位置における混合気体の第１温度を測定する第１温度センサと、ヒータによって加熱されない第２位置に配置され、温度変化に応じて電気抵抗が変化することによって第２位置における混合気体の第２温度を測定する第２温度センサとを備え、制御プログラムは、コンピュータに、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗に基づいて、第１温度センサの温度抵抗係数を算出するステップと、第２温度センサの電気抵抗に基づいて第２温度を算出し、ヒータによって加熱されていないときの第１温度センサの電気抵抗と、ヒータによって加熱されているときの第１温度センサの電気抵抗と、第１温度センサの温度抵抗係数と、第２温度とに基づいて、ヒータによって第１温度センサが加熱されているときの第１温度を算出するステップとを実行させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に係るセンサモジュールの構成を説明するための図である。
実施の形態１に係るガスセンサの外観斜視図を説明するための図である。
図２に示すＡ－Ａ線に沿ったガスセンサの断面図である。
図２に示すＢ－Ｂ線に沿ったガスセンサの断面図である。
複数種類の気体の各々の熱伝導率の一例を示す図である。
複数種類の気体の各々における温度に対する熱伝導率の一例を示す図である。
白金におけるアニール時間と比抵抗と温度抵抗係数との関係を示す図である。
図７における比抵抗と温度抵抗係数との関係性を示す図である。
温度センサの検出値を算出する処理手順を示すフローチャートである。
実施の形態２に係るガスセンサの外観斜視図を説明するための図である。
実施の形態３に係るセンサモジュールの構成を説明するための図である。
実施の形態３に係るガスセンサの外観斜視図を説明するための図である。
（【００１１】以降は省略されています）

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