气体传感器装置及气体传感器装置的加热电流控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供即使是环境温度发生变化，也能够实现高精度测量的气体传感器装置。该装置具备形成于薄膜部的检测加热器(3)、围绕检测加热器形成的温度补偿加热器(4)、控制检测加热器(3)的加热温度的检测加热器加热控制电路(10)、以及将温度补偿加热器的加热温度控制于比检测加热器的加热温度低的加热温度的温度补偿加热器加热控制电路(11)，相应于基板温度的上升，检测加热器加热控制电路(10)与温度补偿加热器加热控制电路(11)分别调整各加热电流，使检测加热器(3)的加热温度与温度补偿加热器(4)的加热温度之间的温度差缩小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体传感器装置及气体传感器装置的加热电流控制方法
本专利技术涉及具备检测气体的物理量用的传感器元件的气体传感器装置及气体传感器装置的加热电流控制方法。
技术介绍
测量气体的水分浓度等物理量的气体传感器装置被使用于各种
例如，在汽车用的内燃机中，为了应对废气规定、减少燃料消耗，测量吸入的空气的湿度、压力、温度等物理量，并根据该测量出的物理量求出最合适的燃料喷射量、点火时间。并且，为了满足将来日益严峻的废气规定等，为了最佳地操作内燃机而需要高精度地测量气体的物理量。作为这样的气体传感器装置，例如，日本专利特开2011-137679号公报(专利文献1)中，具备：具有空洞部的基板、由层叠于空洞部的多个绝缘层构成的薄膜支承体、由薄膜支承体的绝缘层挟持的第1加热器和第2加热器，第2加热器配置于第1加热器的周边，第1加热器被加热并控制为比第2加热器高的温度，根据第1加热器的散热量测定湿度等气体的物理量。又，为了减小由周围气体温度的变化引起的第1加热器的散热量变化所造成的测量误差，利用第2加热器将第1加热器的周边保持为规定的温度，由此谋求高精度。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2011-137679号公报
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题例如，根据测定通过内燃机的吸气通路的吸入空气的物理量的气体传感器装置，由行驶环境变化造成的温度变化、由增压器引起的进气增压是否存在等运行状态，都会使放置气体传感器装置的环境的温度发生很大变化。因此气体传感器装置需要与温度变化相对应的良好的测量精度。专利文献1的气体传感器装置由于使用第2加热器，减少了环境温度变化造成的测量误差。进一步地，为了高精度化，利用第2加热器进行加热的区域的温度稳定性是很重要的。关于第2加热器的加热温度，是通过第2加热器的电阻测定等来检测出温度并将加热量反馈的。但是，一旦环境温度发生较大变化，第2加热器形成的温度分布就会发生变化，对检测气体的物理量的第1加热器产生影响，从而产生测量误差。又，由于温度控制电路的温度特性等原因，第2加热器的加热温度也会发生变动。本专利技术的目的在于，提供一种即使是环境温度发生变化，也能够得到高精度的测量性能的新颖的气体传感器装置及气体传感器装置的加热电流控制方法。解决技术问题用的手段本专利技术的特征为一种气体传感器装置，其具备：形成于基板的一部分的薄膜部；形成于薄膜部的检测加热器；以围绕检测加热器的方式形成的温度补偿加热器；对检测加热器的加热温度进行控制的检测加热器驱动电路；以及将温度补偿加热器的加热温度控制为比检测加热器的加热温度低的加热温度的温度补偿加热器驱动电路，所述气体传感器装置根据检测加热器的散热量来测量气体的物理量，上述气体传感器装置中，检测加热器驱动电路和温度补偿加热器驱动电路与基板的温度上升相对应地控制各加热电流，以使检测加热器的加热温度与温度补偿加热器的加热温度之间的温度差缩小。专利技术效果根据本专利技术，由于与温度补偿加热器的内侧区域的温度下降相对应地调整检测加热器的加热温度，因此能够抑制环境温度变化引起的检测加热器的加热量的变动，减小测量误差。附图说明图1是适用本专利技术的气体传感器装置的传感器元件部分的俯视图。图2是图1所示的传感器元件的X-X剖面图。图3是表示图1所示的传感器元件的驱动电路的构成的电路图。图4是说明传感器元件的加热状态的说明图。图5是说明本专利技术的传感器元件的过热状态的说明图。图6是进一步说明本专利技术的传感器元件的温度变化状态的说明图。图7是说明本专利技术的传感器元件整体的温度变化状态的说明图。图8是作为本专利技术的实施方式的传感器元件部分的俯视图。图9是表示图8所示的传感器元件的驱动电路的电路图。图10是说明图8所示的实施方式的、与环境温度的变化有关的温度依存性的说明图。图11是作为本专利技术的另一实施方式的传感器元件部分的俯视图。图12是说明图11所示的实施方式的、与环境温度的变化有关的温度依存性的说明图。具体实施方式以下利用附图对本专利技术的实施方式进行详细说明，但本专利技术不限于以下的实施方式，在本专利技术的技术概念中各种变形例、应用例也包含于其范围内。在对本专利技术的实施方式进行说明之前，首先对一般的气体传感器装置的构成及其技术问题进行说明。图1是表示一般的气体传感器装置的传感器元件的俯视图，图2表示图1的X-X剖面。以下利用图1、图2对气体传感器装置的传感器元件进行说明。还有，以下以测定空气中含有的水分的量的湿度传感器为例进行说明。在图1、图2中，传感器元件1具有由单晶硅形成的基板2。在基板2上形成有空洞部5，在该空洞部5内铺设有作为第1加热器的检测加热器3、以及作为第2加热器的温度补偿加热器4。又，支承这些加热器3、4的薄膜支承体6覆盖着基板2的空洞部5而形成。在这里，薄膜支承体6如图2所示，由在基板2的上表面叠层的绝缘层8a、8b构成，在这些绝缘层8a、8b之间，夹存并支承有检测加热器3和温度补偿加热器4。温度补偿加热器4围绕着检测加热器3配置。又，检测加热器3、温度补偿加热器4由沿着薄膜支承体6的平面延伸、并且具有多个折回部的微小宽度的电阻器构成。通过这样围绕着检测加热器3周边配置温度补偿加热器4，检测加热器3的周围温度被维持为温度补偿加热器4的加热温度(Th2)，能够减小环境温度(Ta)的变化造成的影响。为了与外部电路连接，检测加热器3、温度补偿加热器4与基板2上形成的电极7a、7b、7c、7d通过配线电连接。检测加热器3、温度补偿加热器4利用相同的材料制成，作为在高温下稳定的材料(高熔点材料)可以选择例如铂(Pt)、钽(Ta)、钼(Mo)、硅(Si)等。又，作为绝缘层8a、8b，将二氧化硅(SiO2)和氮化硅(Si3N4)以单层或叠层状态配置。又，作为绝缘层8a、8b，也有将聚酰亚胺等树脂材料、陶瓷、玻璃等以单层或叠层状态配置。又，电极7a、7b、7c、7d采用铝(Al)等。传感器元件1借助于利用了光刻(Photolithography)技术的半导体微细加工技术、各向异性蚀刻技术形成。又，空洞部5通过对单晶硅基板2实施各向异性蚀刻、各向同性蚀刻等技术形成。为了保护电极7a～7d，最好是在传感器元件1的表面上形成保护层后实施各向异性蚀刻。然后，如图2所示，借助于温度补偿加热器4在内侧区域形成加热温度(Th2)的温度空间，在检测加热器3的附近区域形成加热温度(Th1)的温度空间。由此，加热温度(Th1)的温度空间成为被加热温度(Th2)的温度空间内包的状态，加热温度(Th1)的温度空间能够减小环境温度的影响。图3示出气体传感器装置的驱动电路。传感器元件1的驱动电路9至少由加热控制电路10、11、校正运算电路12、输出电路13构成。加热控制电路10对检测加热器3的温度进行检测，通过提供被反馈控制的加热电流来将检测加热器3的温度控制为加热温度(Th1)。又，在加热控制电路10上连接有检测环境温度(Ta)用的感温元件16。进一步地，加热控制电路11对温度补偿加热器4的温度进行检测，通过提供被反馈控制的加热电流来将温度补偿加热器4的温度控制为加热温度(Th2)。校正运算电路12被输入加热控制电路10中的检测加热器3的加热量、即与湿度相应的信号。又，校正运算电路12被输入来自加热控制电路11的信号，能够用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气体传感器装置，具备：形成于基板的一部分的薄膜部；形成于所述薄膜部的检测加热器；以围绕所述检测加热器的方式在所述薄膜部形成的温度补偿加热器；对所述检测加热器的加热温度进行控制的检测加热器加热控制电路；以及将所述温度补偿加热器的加热温度控制为比所述检测加热器的加热温度低的加热温度的温度补偿加热器加热控制电路，所述气体传感器装置根据所述检测加热器的散热量来测量气体的物理量，所述气体传感器装置的特征在于，所述检测加热器加热控制电路和所述温度补偿加热器加热控制电路与所述基板的温度上升相对应地控制各加热电流，以使所述检测加热器的加热温度与所述温度补偿加热器的加热温度之间的温度差缩小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.27 JP 2015-2311811.一种气体传感器装置，具备：形成于基板的一部分的薄膜部；形成于所述薄膜部的检测加热器；以围绕所述检测加热器的方式在所述薄膜部形成的温度补偿加热器；对所述检测加热器的加热温度进行控制的检测加热器加热控制电路；以及将所述温度补偿加热器的加热温度控制为比所述检测加热器的加热温度低的加热温度的温度补偿加热器加热控制电路，所述气体传感器装置根据所述检测加热器的散热量来测量气体的物理量，所述气体传感器装置的特征在于，所述检测加热器加热控制电路和所述温度补偿加热器加热控制电路与所述基板的温度上升相对应地控制各加热电流，以使所述检测加热器的加热温度与所述温度补偿加热器的加热温度之间的温度差缩小。2.根据权利要求1所述的气体传感器装置，其特征在于，所述检测加热器加热控制电路与所述温度补偿加热器加热控制电路对应于所述基板的温度上升而减小加热电流，使所述检测加热器与所述温度补偿加热器的温度下降，此时的加热电流以使所述检测加热器的温度比所述温度补偿加热器的温度降低得更多的方式下降。3.根据权利要求2所述的气体传感器装置，其特征在于，所述检测加热器加热控制电路是由以下桥式电路构成的，该桥式电路通过连接有所述检测加热器和温度依存电阻的第1臂、由串联连接于所述第1臂的固定电阻构成的第2臂、由固定电阻构成的第3臂、以及由串联连接于所述第3臂的固定电阻构成的第4臂所形成，所述温度补偿加热器加热控制电路是由以下桥式电路构成的，该桥式电路通过连接有所述温度补偿加热器和温度依存电阻的第1臂、由串联连接于所述第1臂的固定电阻构成的第2臂、由固定电阻构成的第3臂、以及由串联连接于所述第3臂的固定电阻构成的第4臂所形成，构成所述检测加热器加热控制电路的所述第1臂的所述温度依存电阻的电阻值大于构成所述温度补偿加热器加热控制电路的所述第1臂的所述温度依存电阻的电阻值。4.根据权利要求3所述的气体传感器装置，其特征在于，构成所述检测加热器加热控制电路的所述第1臂的所述检测加热器与所述温度依存电阻通过相同的材料形成在所述基板上，构成所述温度补偿加热器加热控制电路的所述第1臂的所述温度补偿加热器与所述温度依存电阻通过与所述检测加热器相同的材料形成在所述基板上，构成所述检测加热器加热控制电路的所述温...

【专利技术属性】
技术研发人员：中野洋，松本昌大，小野濑保夫，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP