JPH0758228B2 - Temperature detector - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、温度変化を生じる被検知体の温度変化率
を、焦電体の焦電効果を利用して、電気信号として取出
す、温度検知器に関するものである。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a temperature detection method for extracting the temperature change rate of a detected object that causes a temperature change as an electric signal by utilizing the pyroelectric effect of a pyroelectric body. It is related to vessels.
［関連技術の説明］ 本件出願人は、先に出願した特願昭62−102478号「温度
検知器」（昭和62年４月25日出願）において、たとえ
ば、Ni−Cd電池に代表される２次電池の充電完了を検知
するための検知器として、焦電体の焦電効果を利用し
て、充電完了時の電池温度上昇を検知するのに適した温
度検知器を提案している。この温度検知器は、第４図に
示すような構成を有している。[Explanation of Related Art] The applicant of the present invention discloses in Japanese Patent Application No. 62-102478 “Temperature Detector” (filed on April 25, 1987), for example, a Ni-Cd battery as a representative example. As a detector for detecting the charging completion of the secondary battery, a temperature detector suitable for detecting the battery temperature rise at the completion of charging is proposed by utilizing the pyroelectric effect of the pyroelectric body. This temperature detector has a structure as shown in FIG.
第４図において、被検知体（図示せず）の温度変化を受
けるように配置された焦電素子１は、被検知体の温度変
化率に相当する大きさの焦電流を発生する。この焦電流
は、電界効果トランジスタ２、ゲート抵抗Rgおよびソー
ス抵抗Rsからなるインピーダンス変換回路によって電圧
信号に変換され、この電圧信号は、Vout端子とGND端子
との間から取出される。In FIG. 4, the pyroelectric element 1 arranged to receive the temperature change of the detected body (not shown) generates a pyroelectric current having a magnitude corresponding to the temperature change rate of the detected body. This pyroelectric current is converted into a voltage signal by an impedance conversion circuit composed of the field effect transistor 2, the gate resistance Rg, and the source resistance Rs, and this voltage signal is taken out from between the Vout terminal and the GND terminal.
［発明が解決しようとする課題］ 第４図に示すような構成を有する温度検知器において、
検知感度を上げるためには、 焦電素子１の検知面積を大きくする。[Problems to be Solved by the Invention] In a temperature detector having a configuration as shown in FIG.
To increase the detection sensitivity, the detection area of the pyroelectric element 1 is increased.
電界効果トランジスタ２としてドレイン飽和電流の大
きなものを用いる。なぜなら、このドレイン飽和電流に
よって、検知電圧レベルが左右されるためである。As the field effect transistor 2, one having a large drain saturation current is used. This is because the detection voltage level depends on the drain saturation current.
熱結合効率を高める。Improves thermal coupling efficiency.
などの方策がある。There are measures such as.
しかしながら、上記した方策には、いずれも、解決され
なければならない問題点がある。すなわち、によれ
ば、温度検知器が大型化する。によれば、電界効果ト
ランジスタ２のドレイン飽和電流のばらつきが大きくな
り、その管理が煩雑となるとともに、ばらつきのために
かえって検知感度を下げる結果をもたらす場合がある。
は、焦電素子１の厚みを薄くすることによって達成さ
れるが、このように厚みを薄くすると、機械的強度が低
下するばかりでなく、焦電素子１の容量が上がり、応答
性が悪くなる。However, each of the above measures has a problem that must be solved. That is, according to the method, the size of the temperature detector is increased. According to this, the variation of the drain saturation current of the field effect transistor 2 becomes large, the management thereof becomes complicated, and the variation may result in lowering the detection sensitivity.
Is achieved by reducing the thickness of the pyroelectric element 1. Such a reduction in thickness not only lowers the mechanical strength, but also increases the capacity of the pyroelectric element 1 and deteriorates the responsiveness. .
そこで、この発明は、上述した問題点に遭遇することな
く、検知感度が高められた温度検知器を提供しようとす
るものである。Therefore, the present invention is intended to provide a temperature detector having enhanced detection sensitivity without encountering the above-mentioned problems.
［課題を解決するための手段］ この発明は、温度変化を生じる被検知体の温度変化率
を、焦電体の焦電効果を利用して、電気信号として取出
す、温度検知器に向けられるものであって、前述した関
連技術と同様、被検知体の温度変化を受ける焦電素子
と、前記焦電素子に生じた焦電流を電圧信号に変換する
手段とを備えるものであるが、上述した技術的課題を解
決するため、次のような構成を備えることが特徴であ
る。[Means for Solving the Problem] The present invention is directed to a temperature detector that extracts the temperature change rate of a detected object that causes a temperature change as an electric signal by utilizing the pyroelectric effect of the pyroelectric body. In the same manner as the related art described above, it is provided with a pyroelectric element that receives a temperature change of the detected object and a means for converting a pyroelectric current generated in the pyroelectric element into a voltage signal. In order to solve the technical problem, it is characterized by having the following configuration.
すなわち、前記焦電素子は、複数の焦電材料層の積層構
造を有する焦電体と、前記焦電材料層の各々を介して互
いに対向する複数対の対向電極と、前記対向電極の交互
に位置するものを互いに接続するように前記対向電極の
関連のものに接続される１対の端子電極とを備える。こ
こで、各焦電材料層の分極方向は、すべて、一方の端子
電極に接続される対向電極から他方の端子電極に接続さ
れる対向電極へ向かう方向とされる。また、前記焦電流
を電圧信号に変換する手段は、OPアンプを含む電流−電
圧変換回路を備える。That is, the pyroelectric element comprises a pyroelectric body having a laminated structure of a plurality of pyroelectric material layers, a plurality of pairs of counter electrodes facing each other through each of the pyroelectric material layers, and the counter electrodes alternately. A pair of terminal electrodes connected to the associated ones of the counter electrodes so as to connect the located ones to each other. Here, the polarization directions of the pyroelectric material layers are all directed from the counter electrode connected to one terminal electrode to the counter electrode connected to the other terminal electrode. The means for converting the pyroelectric current into a voltage signal includes a current-voltage conversion circuit including an OP amplifier.
［発明の作用および効果］ この発明において、焦電素子は、１個の焦電体内に位置
する複数対の対向電極を有する、いわゆる積層型とさ
れ、かつ各焦電材料層の分極方向が、１対の端子電極に
対して互いに同じ方向とされる。従って、１個の焦電素
子において熱を受ける電極の有効面積が、同じ体積の焦
電体を有する従来のものに比べて、増加する。ところ
で、所定の温度勾配を印加したとき、焦電素子から発生
する焦電流Ipは、次の式で表わされる。[Operation and Effect of the Invention] In the present invention, the pyroelectric element is a so-called laminated type having a plurality of pairs of counter electrodes located in one pyroelectric body, and the polarization direction of each pyroelectric material layer is The directions are the same with respect to the pair of terminal electrodes. Therefore, the effective area of the electrode that receives heat in one pyroelectric element is increased as compared with the conventional one having the same volume of pyroelectric body. By the way, the pyroelectric current Ip generated from the pyroelectric element when a predetermined temperature gradient is applied is expressed by the following equation.
Ip＝Ｐ×Ｓ×（dT/dt） 上記式中、Ｐは焦電材料の焦電係数、Ｓは焦電素子の電
極の有効面積、（dT/dt）は温度勾配値である。従っ
て、（dT/dt）およびＰが同一ならば、たとえば、９×1
0mmの単層の焦電素子と同一の電極有効面積を得るため
には、３×3mmの対向電極を有する焦電材料層を10枚積
層すればよいことになる。すなわち、同じ温度勾配値に
対して、同じ焦電流を得ようとする場合には、焦電素子
の小型化を図ることができ、他方、同じ大きさの焦電素
子とした場合には、同じ温度勾配に対して、より大きな
焦電流を得ることができる。また、焦電素子は、積極型
であるので、機械的強度を高めることもできる。Ip = P × S × (dT / dt) In the above equation, P is the pyroelectric coefficient of the pyroelectric material, S is the effective area of the electrode of the pyroelectric element, and (dT / dt) is the temperature gradient value. Therefore, if (dT / dt) and P are the same, for example, 9 × 1
In order to obtain the same effective electrode area as that of a single layer pyroelectric element of 0 mm, it is sufficient to stack 10 pyroelectric material layers each having a counter electrode of 3 × 3 mm. That is, when it is desired to obtain the same pyroelectric current for the same temperature gradient value, it is possible to reduce the size of the pyroelectric element. On the other hand, when the pyroelectric elements having the same size are used, the pyroelectric element has the same size. A larger pyroelectric current can be obtained with respect to the temperature gradient. Further, since the pyroelectric element is a positive type, it is possible to enhance the mechanical strength.
上述のように、この発明によれば、焦電素子から得られ
る焦電流を大きくすることができるので、前述した先顔
において開示された関連技術のように、インピーダンス
変換回路を用いることなく、OPアンプを含む電流−電圧
変換回路によって、焦電流を電圧信号に変換することが
できる。従ってインピーダンス変換回路のように、検知
電圧レベルが電界効果トランジスタのドレイン飽和電流
に左右されないため、ダイナミックレンジを広くとるこ
とができる。As described above, according to the present invention, it is possible to increase the pyroelectric current obtained from the pyroelectric element, and thus, unlike the related art disclosed in the above-mentioned preface, without using an impedance conversion circuit, the OP A pyroelectric current can be converted into a voltage signal by a current-voltage conversion circuit including an amplifier. Therefore, unlike the impedance conversion circuit, the detection voltage level is not affected by the drain saturation current of the field-effect transistor, so that the dynamic range can be widened.
［実施例の説明］ 第１図は、この発明の一実施例の温度検知器を示す回路
図である。第２図は、第１図に示された焦電素子11の構
造を示す断面図である。Description of Embodiments FIG. 1 is a circuit diagram showing a temperature detector according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the pyroelectric element 11 shown in FIG.
まず、第２図を参照して、焦電素子11の構造について説
明する。焦電素子11は、複数の焦電材料層12の積層構造
を有する焦電体13と、焦電材料層12の各々を介して互い
に対向する複数対の対向電極14,15と、対向電極14,15の
交互に位置するものを互いに接続するように対向電極1
4,15の関連のものにそれぞれ接続される１対の端子電極
16,17とを備える。すなわち、一方の端子電極16は、対
をなす一方の対向電極14に接続され、他方の対向電極17
は、対をなす他方の対向電極15に接続される。このよう
にして、各対をなす対向電極14,15およびそれらの間に
位置する焦電材料層12をもって構成された単位素子は、
端子電極16,17によって電気的に並列接続される。第１
図において、このような単位素子は、「18」で示されて
いる。First, the structure of the pyroelectric element 11 will be described with reference to FIG. The pyroelectric element 11 includes a pyroelectric body 13 having a laminated structure of a plurality of pyroelectric material layers 12, a plurality of pairs of counter electrodes 14 and 15 facing each other through each of the pyroelectric material layers 12, and a counter electrode 14. The counter electrode 1 so that the alternating ones of 15 and 15 are connected to each other.
A pair of terminal electrodes connected to 4,15 related ones
16 and 17 are provided. That is, one terminal electrode 16 is connected to one counter electrode 14 forming a pair, and the other counter electrode 17
Is connected to the other counter electrode 15 forming a pair. In this way, the unit element configured with the counter electrodes 14 and 15 forming each pair and the pyroelectric material layer 12 located between them is:
It is electrically connected in parallel by the terminal electrodes 16 and 17. First
In the figure, such a unit element is indicated by "18".
上述した焦電素子11は、より具体的には、次のように得
ることができる。たとえば、PZT焦電材料に有機バイン
ダと分散剤を混合し、ドクターブレードによってシート
を成形する。このシートを矩形状にカットし、対向電極
14,15となるべきAg−Pd、ワニスおよび溶剤からなる電
極ペーストをスクリーン印刷する。次に、これらを積重
ねて熱圧着する。そして、これをカットして、1100℃〜
1200℃で焼成する。このようにして、まず、対向電極1
4,15を形成した焦電体13が得られる。次に、端子電極1
6,17となるべき銀ペーストを焦電体13の両端部に塗布
し、次いで焼付ける。その後、適当な直流電界をかけ
て、焦電体13の分極操作を行なう。このようにして、各
焦電材層12の分極方向が、すべて、一方の端子電極16ま
たは17に接続される対向電極14または15から他方の端子
電極17または16に接続される対向電極15または14へ向か
う方向とされた焦電素子11が得られる。More specifically, the pyroelectric element 11 described above can be obtained as follows. For example, a PZT pyroelectric material is mixed with an organic binder and a dispersant, and a sheet is formed by a doctor blade. This sheet is cut into a rectangular shape and the counter electrode
Screen print an electrode paste consisting of Ag-Pd, varnish and solvent to be 14,15. Next, these are stacked and thermocompression bonded. And cut this, 1100 ℃ ~
Bake at 1200 ° C. In this way, first, the counter electrode 1
The pyroelectric body 13 in which 4,15 are formed is obtained. Next, the terminal electrode 1
Silver paste to be 6,17 is applied to both ends of the pyroelectric body 13 and then baked. Then, an appropriate DC electric field is applied to polarize the pyroelectric body 13. In this way, the polarization directions of the pyroelectric material layers 12 are all opposite electrodes 14 or 15 connected to one terminal electrode 16 or 17 to the opposite electrodes 15 or 14 connected to the other terminal electrode 17 or 16. As a result, the pyroelectric element 11 oriented toward the direction is obtained.
第１図を参照して、焦電素子11の端子電極16,17は、そ
れぞれ、OPアンプ19の入力端子に接続される。OPアンプ
19には、電源として、たとえば＋5Vの電圧が印加され
る。また、OPアンプ19の出力端子Voutと一方の入力端子
との間には、帰還抵抗Rfおよび帰還容量Cfが接続され
る。また、OPアンプ19の電源端子間には、分圧抵抗R1,R
2が接続される。このようにして、焦電素子11において
発生した焦電流は、OPアンプ19によって電圧信号に変換
され、出力端子Voutから取出される。Referring to FIG. 1, the terminal electrodes 16 and 17 of the pyroelectric element 11 are connected to the input terminals of the OP amplifier 19, respectively. OP amplifier
For example, a voltage of + 5V is applied to 19 as a power source. Further, a feedback resistor Rf and a feedback capacitor Cf are connected between the output terminal Vout of the OP amplifier 19 and one input terminal. In addition, the voltage divider resistors R1 and R
2 is connected. In this way, the pyroelectric current generated in the pyroelectric element 11 is converted into a voltage signal by the OP amplifier 19 and taken out from the output terminal Vout.
第１図に示した温度検知器は、たとえば第３図に概略的
に示すように、絶縁基板20上で組立てられる。すなわ
ち、絶縁基板20の一方面には、焦電素子11が実装され、
同じく他方面には、OPアンプ19、チップコンデンサ21お
よびリード端子22等を含む回路要素が実装される。この
多方面には、図示しないが、抵抗体となるべき印刷抵抗
が形成される。なお、絶縁基板20の一方面に実装された
焦電素子11と同じく多方面に実装された回路要素とは、
互いにスルーホール23を介して電気的に接続される。The temperature detector shown in FIG. 1 is assembled on an insulating substrate 20, for example, as schematically shown in FIG. That is, the pyroelectric element 11 is mounted on one surface of the insulating substrate 20,
Similarly, on the other surface, circuit elements including the OP amplifier 19, the chip capacitor 21, the lead terminal 22 and the like are mounted. Although not shown, a printing resistor to serve as a resistor is formed on the various surfaces. The pyroelectric element 11 mounted on one surface of the insulating substrate 20 and the circuit elements mounted on the same multi-sided surface are as follows.
They are electrically connected to each other through the through holes 23.
このように、絶縁基板20によって、焦電素子11と他の回
路要素とを分離すれば、焦電素子11に与えられる熱的影
響を、回路要素に伝わることを有利に防止できる。な
お、絶縁基板20としては、たとえばアルミナ基板のほ
か、ポリイミド系樹脂からなるフレキシブル基板を用い
てもよい。さらに、防湿対策として、第３図に示した構
造物を樹脂コーティングしてもよい。In this way, if the pyroelectric element 11 and other circuit elements are separated by the insulating substrate 20, it is possible to advantageously prevent the thermal influence given to the pyroelectric element 11 from being transmitted to the circuit elements. As the insulating substrate 20, for example, a flexible substrate made of a polyimide resin may be used in addition to the alumina substrate. Further, as a moisture-proof measure, the structure shown in FIG. 3 may be resin-coated.
第１図は、この発明の一実施例の温度検知器を示す回路
図である。第２図は、第１図に示した焦電素子11の具体
的構造を示す端面図である。第３図は、第１図に示した
温度検知器の具体的構造を示す正面図である。第４図
は、この発明にとって関連ある先願において開示された
温度検知器を示す回路図である。 図において、11は焦電素子、12は焦電材料層、13は焦電
体、14,15は対向電極、16,17は端子電極、19はOPアンプ
である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a temperature detector according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an end view showing a specific structure of the pyroelectric element 11 shown in FIG. FIG. 3 is a front view showing a specific structure of the temperature detector shown in FIG. FIG. 4 is a circuit diagram showing the temperature detector disclosed in the prior application related to the present invention. In the figure, 11 is a pyroelectric element, 12 is a pyroelectric material layer, 13 is a pyroelectric material, 14 and 15 are counter electrodes, 16 and 17 are terminal electrodes, and 19 is an OP amplifier.
Claims (1)
を、焦電体の焦電効果を利用して、電気信号として取出
す、温度検知器であって、 被検知体の温度変化を受ける焦電素子と、 前記焦電素子に生じた焦電流を電圧信号に変換する手段
と、 を備え、 前記焦電素子は、複数の焦電材料層の積層構造を有する
焦電体と、前記焦電材料層の各々を介して互いに対向す
る複数対の対向電極と、前記対向電極の交互に位置する
ものを互いに接続するように前記対向電極の関連のもの
にそれぞれ接続される１対の端子電極とを備え、 各前記焦電材料層の分極方向は、すべて、一方の前記端
子電極に接続される対向電極から他方の前記端子電極に
接続される対向電極へ向かう方向とされ、 前記焦電流を電圧信号に変換する手段は、OPアンプを含
む電流−電圧変換回路を備える、 ことを特徴とする、温度検知器。1. A temperature detector for extracting a temperature change rate of a detected body that causes a temperature change as an electric signal by utilizing a pyroelectric effect of a pyroelectric body, which receives a temperature change of the detected body. A pyroelectric element; and means for converting a pyroelectric current generated in the pyroelectric element into a voltage signal, the pyroelectric element having a laminated structure of a plurality of pyroelectric material layers; A plurality of pairs of counter electrodes facing each other through each of the electric material layers, and a pair of terminal electrodes respectively connected to related ones of the counter electrodes so as to connect mutually opposite ones of the counter electrodes to each other. And a polarization direction of each of the pyroelectric material layers is a direction from a counter electrode connected to one of the terminal electrodes to a counter electrode connected to the other of the terminal electrodes, and the pyroelectric current is The means for converting to a voltage signal is Comprising a pressure transducer circuit, characterized in that the temperature detector.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP63190807A JPH0758228B2 (en) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | Temperature detector |
Applications Claiming Priority (1)
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| JPH0238933A JPH0238933A (en) | 1990-02-08 |
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ID=16264075
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63190807A Expired - Lifetime JPH0758228B2 (en) | 1988-07-29 | 1988-07-29 | Temperature detector |
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| JP (1) | JPH0758228B2 (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
| DE102010020348B3 (en) * | 2010-05-12 | 2011-07-21 | Pyreos Ltd. | Pin-compatible infrared light detector with improved thermal stability |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1988
- 1988-07-29 JP JP63190807A patent/JPH0758228B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPH0238933A (en) | 1990-02-08 |
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