温度補償方法およびそれを用いた温度補償回路ならびにセンサおよび給湯器
【課題】感熱素子の周囲温度と、感熱素子の温度補償のための処理を行う処理手段（処理回路）の周囲温度とが互いに無関係に変化しても、適切な温度補償が行えるようにする。
【解決手段】検出対象の温度に関する情報から感熱素子１の温度補償を行う一方、前記感熱素子１の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段（これには、例えば差動増幅器７が含まれる）に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うようにした。前記処理手段は、当該処理手段のオフセット調整および／またはゲイン調整をするための感温素子Ｒ９，Ｒ２を有していることが望ましい。
【解決手段】検出対象の温度に関する情報から感熱素子１の温度補償を行う一方、前記感熱素子１の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段（これには、例えば差動増幅器７が含まれる）に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うようにした。前記処理手段は、当該処理手段のオフセット調整および／またはゲイン調整をするための感温素子Ｒ９，Ｒ２を有していることが望ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感熱素子を通電動作して計測を行う場合、周囲温度の影響を排除するよう温度補償する温度補償方法およびそれを用いた温度補償回路ならびにセンサおよび給湯器に関する。感熱素子を利用した各種センサとしては流速（流量含む）、気体や液体の種別、圧力、湿度等のように、感熱素子に触れる気体または液体の分子数の単位時間、単位面積当たりの変化を検出するものであれば、本発明のセンサに含まれる。
【背景技術】
【０００２】
感熱素子を流速（流量）センサ等の各種センサに利用して流速、圧力、湿度等の検出を行う装置においては、感熱素子の周囲温度依存性を排除するため温度補償回路で温度補償するようになっているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
こうした温度補償回路の従来には、感熱素子を２つ用い、一方の感熱素子を検出用感熱素子として検出対象の検出信号を出力し、他方の感熱素子を温度補償用感熱素子として周囲温度の検出信号を出力し、両出力の演算処理で感熱素子の周囲温度依存性を補償して検出対象を周囲温度に影響されることなく検出できるようにした方式のものがある。
【特許文献１】特開平７−３１８３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方式にあってはあらかじめ２つの感熱素子のオフセットを調整したり、ゲインを調整する必要があるが、このオフセットの調整後にゲインの調整をする際に事前に調整したオフセット値がずれてしまい、ゲインの調整後に、再度、オフセットを調整する工程を何度か繰り返して調整する必要があり、大変に手間のかかるものであった。また、調整工程において感熱素子の周囲温度を変える必要があり、そのための設備が必要となること、また、検出対象をそれぞれの温度環境下でなじませるための時間が必要である等の問題がある。
【０００５】
また、感熱素子の周囲温度と、前記感熱素子の温度補償のための処理等を行う処理手段（処理回路）の周囲温度とが互いに無関係に変化する場合は、適切な温度補償が行えない、という問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明の温度補償方法においては、検出対象の温度に関する情報から感熱素子の温度補償を行う一方、前記感熱素子の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の温度補償回路においては、検出対象に対する所望の検出を行うための感熱素子と、前記検出対象の温度に関する情報から前記感熱素子の温度補償の処理をする処理手段とを有し、前記処理手段自身の温度に関する情報から当該処理手段に対する温度補償を行うことを特徴としている。
【０００８】
上記本発明の温度補償回路においては、前記処理手段は、当該処理手段のオフセット調整および／またはゲイン調整をするための感温素子を有していることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、検出対象の温度に関する情報から感熱素子の温度補償を行う一方、前記感熱素子の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うようにしたから、感温素子と処理回路とが互い無関係に周囲温度が変化しても、より適切な温度補償が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
なお、本発明においては、説明を簡単にするために検出対象として例えば流速であれば流速ゼロの状態での調整方法を例に挙げて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる温度補償方法は、少なくとも２つの感熱素子のうちの一方を検出用感熱素子とし、他方を温度補償用感熱素子とし、前記両感熱素子それぞれを異なる加熱温度となるように処理する第１ステップと、任意の周囲温度のもとで前記両感熱素子の出力電圧が一致するようにオフセット調整する第２ステップと、前記オフセット調整を維持した状態で前記両感熱素子の出力電圧が他の任意の周囲温度のもとで一致するようにゲイン調整する第３ステップとを少なくとも含むものである。この温度補償方法について図１で示される温度補償回路と図２の周囲温度に対する感熱素子の出力電圧特性とに基づいて説明することにする。
【００１３】
まず、図１の温度補償回路は、検出用感熱素子１と、温度補償用感熱素子２と、定電流源３，４と、オフセット調整回路５と、ゲイン調整回路６と、差動増幅器７とを備えて構成されている。
【００１４】
ここで説明を簡単にするために検出用感熱素子１と温度補償用感熱素子２は共に同じ特性を有しているものとする。温度補償用感熱素子２は、検出用感熱素子１とは検出対象（例えば給湯器内のガス流量等）に対して同一の環境下に配置される。検出用感熱素子１は、定電流源３からの通電電流Ｉ１とそれの周囲温度とに対応した出力電圧Ｖｏｕｔ１を発生している。温度補償用感熱素子２は、定電流源４からの通電電流Ｉ２（＜Ｉ１）と周囲温度とに対応した出力電圧Ｖｏｕｔ２を発生している。検出用感熱素子１への通電電流Ｉ１を温度補償用感熱素子２への通電電流Ｉ２より大きくしているのは、温度補償用感熱素子２の検出対象に対する感度を、検出用感熱素子１の検出対象に対する感度よりも小さくするためである。
【００１５】
ここで周囲温度がＴ１のときにおいて検出用感熱素子１は通電電流Ｉ１が供給されることでその出力電圧はＶｏｕｔ１となっている。温度補償用感熱素子２には通電電流Ｉ１より小さい通電電流Ｉ２が供給されることでその出力電圧はＶｏｕｔ１より小さいＶｏｕｔ２となっている。すなわち、前述のように両感熱素子１，２が同じ特性であったとすると、検出用感熱素子１への通電電流Ｉ１が温度補償用感熱素子２への通電電流Ｉ２より大きくしているため、通電による素子１での発熱量は素子２でのそれより大きく、したがって、感熱素子１の抵抗値Ｒ１
は感熱素子２の抵抗値Ｒ２より大きくなっている。よって各出力電圧は
Ｖｏｕｔ１＝Ｉ１×Ｒ１
Ｖｏｕｔ２＝Ｉ２×Ｒ２
となり、これを変形すると
Ｖｏｕｔ１＝｛Ｉ２×（Ｉ１／Ｉ２）｝×｛Ｒ２＋（Ｒ１−Ｒ２）｝
＝［Ｉ２×｛Ｒ２＋（Ｒ１−Ｒ２）｝］×（Ｉ１／Ｉ２）
＝｛Ｖｏｕｔ２＋Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）｝×（Ｉ１／Ｉ２）
となる。
【００１６】
したがって、この周囲温度Ｔ１においては両感熱素子１，２にはその出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２にオフセットがある。このオフセットはオフセット調整回路５で調整される。オフセット調整回路５は可変抵抗８と増幅器９とを有しており、温度補償用感熱素子２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、両感熱素子１，２の抵抗値差（Ｒ１−Ｒ２）に相当する分をオフセット調整回路５の可変抵抗器８によって、また、両感熱素子１，２への通電電流比（Ｉ１／Ｉ２）に相当する分をオフセット調整回路５の増幅器９によって調整され、結果として、オフセット調整回路５によってＶｏｕｔ１と同一のＶｏｕｔ３に調整される。
【００１７】
周囲温度がＴ１で変化が無ければ、このオフセット調整によりオフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３と検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は互いに同一であるから、両出力電圧Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ３とを差動増幅器７に入力することで、差動増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ５がゼロとなり、検出用感熱素子１に対する温度補償がされることになる。
【００１８】
しかしながら、周囲温度がＴ１からΔＴだけ変化した場合、検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が図２の特性（1）のように変化してＶｏｕｔ１'となるのに対し、オフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３は特性（2）のように変化してＶｏｕｔ３'となるために、検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１'とオフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３'とが一致しなくなる。これについて詳しく説明すると、検出用感熱素子１の抵抗Ｒ１はこのΔＴの温度変化に伴いΔＲ１だけその抵抗値が増加し、また、温度補償用感熱素子２の抵抗値Ｒ２は同様にΔＲ２だけ増加する。ここで、ΔＲ１／Ｒ１とΔＲ２／Ｒ２はほぼ同じ値になるため、この値をａとすると、
Ｖｏｕｔ１'＝Ｉ１×（Ｒ１＋ΔＲ１）
＝Ｉ１×Ｒ１＋Ｉ１×Ｒ１×（ΔＲ１／Ｒ１）
＝Ｖｏｕｔ１×（１＋ａ）
また、前記より
Ｖｏｕｔ３'＝｛Ｉ２×（Ｒ２＋ΔＲ２）＋
Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）｝×（Ｉ１／Ｉ２）
＝｛Ｖｏｕｔ２×（１＋ａ）＋Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×
（１＋ａ）｝×（Ｉ１／Ｉ２）−Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×
ａ×（Ｉ１／Ｉ２）
＝Ｖｏｕｔ３×（１＋ａ）−Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×
ａ×（Ｉ１／Ｉ２）
ここで、Ｖｏｕｔ３＝Ｖｏｕｔ１であることから、
Ｖｏｕｔ３'＝Ｖｏｕｔ１'−Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×ａ×（Ｉ１／Ｉ２）
また、Ｒ１＞Ｒ２であり、Ｉ１，Ｉ２，ａはすべて正の値であることから
Ｖｏｕｔ３'＜Ｖｏｕｔ１'となる。
【００１９】
そこで、この周囲温度Ｔ１＋ΔＴにおけるオフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３'をゲイン調整回路６に入力し、ゲイン調整回路６の出力電圧Ｖｏｕｔ４がＶｏｕｔ１'となるようにゲイン調整するのである。このゲイン調整について説明する。まず、基準電圧Ｖｒｅｆを周囲温度Ｔ１における検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に一致させるように可変抵抗１０で調整する。それから、ゲイン調整回路６の出力電圧Ｖｏｕｔ４が周囲温度がＴ１＋ΔＴのときの検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１'に一致させるように可変抵抗１１を調整する。これによって、ゲイン調整回路６の出力電圧Ｖｏｕｔ４は検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１'に一致するのである。その結果、差動増幅器７からは周囲温度の変化に依存することなく、検出用感熱素子１で検出した検出対象に対応した出力電圧Ｖｏｕｔ５が出力できることになる。
【００２０】
以上のような温度補償方法および回路において温度ゲイン調整後においても事前に調整したＶｏｕｔ３が変化しないことについて説明する。今、温度ゲイン調整後において周囲温度をＴ１に戻したとすると、検出用感熱素子１の抵抗値はＲ１となり、Ｖｏｕｔ１＝Ｉ１×Ｒ１でオフセット調整時の電圧Ｖｏｕｔ１に戻る。また、温度補償用感熱素子２の抵抗値はＲ２となり、Ｖｏｕｔ２＝Ｉ２×Ｒ２でＶｏｕｔ１と同様にオフセット調整時の電圧Ｖｏｕｔ２に戻る。ここで、オフセット調整回路５の各設定値はオフセット調整時のままなのでＶｏｕｔ３＝Ｖｏｕｔ１である。さてここで、温度ゲイン調整回路６の基準電圧Ｖｒｅｆは周囲温度Ｔ１における検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に一致させるように既に可変抵抗器１１で調整されているため、オペアンプの動作原理にのっとってＶｏｕｔ４＝Ｖｒｅｆ＝Ｖｏｕｔ３となる。よって、Ｖｏｕｔ４＝Ｖｏｕｔ１となり、Ｖｏｕｔ５は周囲温度Ｔ１においてもゼロとなり、温度補償されるのが分かる。
【００２１】
なお、この実施の形態では、感熱素子を２つ用いたが、図３で示すように、感熱素子１３を１つとし、その感熱素子１３と定電流源３，４との間にスイッチ１４，１５を設け、このスイッチ１４，１５を制御部１６でオンオフすることで、定電流源３に接続された第１スイッチ１４がオン、定電流源４に接続された第２スイッチ１５がオフのときに定電流源３からは感熱素子１３に通電電流Ｉ１を、第１スイッチ１４がオフ、第２スイッチ１５がオンのときに定電流源４から通電電流Ｉ２を感熱素子１３に供給することで、１つの感熱素子１３を制御部１６で異なるタイミング（前記両スイッチ１４，１５のオンオフ）で異なる温度に制御処理し、この感熱素子１３の異なるタイミングにおけるそれぞれの出力電圧を前記オフセット調整回路５で任意の周囲温度のもとでオフセット調整し、感熱素子１３の前記異なるタイミングにおけるそれぞれの出力電圧を他の任意の周囲温度のもとでゲイン調整回路６でゲイン調整する温度補償方法として、上述と同様の温度補償を行わせることができる。
【００２２】
ここで異なるタイミングにおけるそれぞれの出力電圧は例えばサンプル・ホールド回路等を用いてそれぞれ保持する構成としてもよいし、マイクロコンピュータ等を用いて保持する構成としてもよい。
【００２３】
（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、調整ステップが多いために手間がかかることが考えられること、また、検出対象を温度が異なる２つの環境下に置く必要があるので、そのための設備が必要となること、また、検出対象をそれぞれの温度環境下でなじませるための時間が必要となること、さらに、可変抵抗で調整する作業が大変である、といった問題がある。本発明の実施の形態２の温度補償方法においては、実施の形態１のそうした問題を解消している。
【００２４】
以下、説明すると、本発明の実施の形態２にかかる温度補償方法は、少なくとも２つの感熱素子のうちの一方を検出用感熱素子とし、他方を温度補償用感熱素子とし、前記両感熱素子それぞれを異なる加熱温度となるように処理する手段と、前記両感熱素子それぞれの出力電圧のうち、少なくともいずれか一方が他方に対する過不足分を加算または減算する手段とを少なくとも含むものであり、これについて図４ないし図６を参照して説明する。
【００２５】
まず、この実施の形態２の実施に用いられる温度補償回路は、例えば図４で示すように検出用感熱素子２１と、温度補償用感熱素子２２と、定電流源２３，２４と、調整回路２５と、加算回路２６と、差動増幅器２７とを備えて構成されている。そして、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様にして感熱素子が検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２との２つが使用されている。それぞれの感熱素子２１，２２は対応する定電流源２３，２４から通電電流Ｉ１，Ｉ２が供給される。ここでＩ１＞Ｉ２の関係である。ここで説明を簡単にするために、両感熱素子２１，２２それぞれの特性は同じとする。
【００２６】
同一の周囲温度環境下であってこのような通電電流Ｉ１，Ｉ２において加熱された場合の検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２それぞれの抵抗値は図５で示すようにＲ１，Ｒ２（Ｒ２＜Ｒ１）となっている。このとき、検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２それぞれの出力電圧はＶｏｕｔ６，Ｖｏｕｔ７であり、調整回路２５の出力電圧はＶｏｕｔ８であり、加算回路２６の出力電圧はＶｏｕｔ９であり、差動増幅器２７の出力電圧はＶｏｕｔ１０であるが、以下の説明では容易な理解のため抵抗値で説明することにする。
【００２７】
そして、両感熱素子２１，２２の周囲温度がΔＴだけ変化した場合、それぞれの感熱素子２１，２２の抵抗値もそれぞれΔＲ１，ΔＲ２と変化するが、検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２の特性が同じであっても通電電流Ｉ１，Ｉ２によって抵抗値がＲ１，Ｒ２と異なるために、ΔＲ１＞ΔＲ２である。前述実施の形態１での説明においてΔＲ１／Ｒ１とΔＲ２／Ｒ２はほぼ同じと記したが、現実には若干の差異があり、この差異が正確な温度補償を行ううえで無視できない場合がある。例えば微流速を検出対象とする場合等である。ここではΔＲ１／Ｒ１＜ΔＲ２／Ｒ２の場合を例に挙げ、このときの抵抗値Ｒ１，ΔＲ１，Ｒ２，ΔＲ２の関係について図６を参照して説明する。
【００２８】
図６（ａ）には検出用感熱素子２１の抵抗値として、Ｒ１と前記周囲温度変化ΔＴによる抵抗値変化分であるΔＲ１との合計抵抗値ＴＲ１が示されている。また、図６（ｂ）には温度補償用感熱素子２２の抵抗値として、Ｒ２と前記周囲温度変化ΔＴによる抵抗値変化分であるΔＲ２との合計抵抗値ＴＲ２が示されている。ここで、調整回路２５で図６（ｃ）で示すように抵抗値変化分ΔＲ２をΔＲ１に一致させるようにΔＲ２'に調整して合計抵抗値をＴＲ２からＴＲ２'とする。このとき、抵抗値Ｒ２も調整回路２５で調整される結果、Ｒ２'となっているが、図６（ａ）の合計抵抗値ＴＲ１に対して、図６（ｃ）の合計抵抗値ＴＲ２'は抵抗値Ｒ３だけ小さい。そこで、あらかじめ実験等により抵抗値Ｒ３（加算電圧Ｖａｄｄ）を把握し、加算回路２６によって抵抗値Ｒ３分（加算電圧Ｖａｄｄ）だけ加算する回路構成とすることで、Ｒ２'＋Ｒ３＋ΔＲ２'に相当するＶｏｕｔ９がＲ１＋ΔＲ１に相当するＶｏｕｔ６に一致するように調整回路２５を調整するだけで差動増幅器２７には合計抵抗値が同じとなる電圧が入力されることになってその出力電圧Ｖｏｕｔ１０はゼロとなるのである。
【００２９】
つまり、Ｖｏｕｔ６，Ｖｏｕｔ７，Ｖｏｕｔ８，Ｖａｄｄ，Ｖｏｕｔ９を抵抗値関係であらわすと、
Ｖｏｕｔ６＝Ｒ１＋ΔＲ１
＝Ｒ２'＋Ｒ３＋ΔＲ２' … （１）
Ｖｏｕｔ７＝Ｒ２＋ΔＲ２ … （２）
Ｖｏｕｔ８＝Ｒ２'＋ΔＲ２' … （３）
Ｖａｄｄ ＝Ｒ３ … （４）
Ｖｏｕｔ９＝Ｒ２'＋Ｒ３＋ΔＲ２' … （５）
したがって、差動増幅器２７の一方の入力である前記式（１）と、他方の入力である前記式（５）とから明らかであるように、差動増幅器２７への両入力は同じであるから周囲温度に依存することなく、差動増幅器２７からは検出用感熱素子２１で検出した検出対象に対応した出力電圧Ｖｏｕｔ１０が出力できることになる。
【００３０】
また、ここでは抵抗値Ｒ３（加算電圧Ｖａｄｄ）をあらかじめ把握して設定しておき、調整回路２５を調整する例を説明したが、逆に、ΔＲ１／ΔＲ２に相当する値をあらかじめ把握して調整回路２５を固定値として設定しておき、抵抗値Ｒ３に相当する加算電圧Ｖａｄｄを調整するようにしてもよい。
【００３１】
また、ここではＴＲ２'にＲ３分を加算する形態で、温度補償用感熱素子側に加算回路を設けたが、逆に、ＴＲ１からＲ３分を減算する形態とし、検出用感熱素子側に減算回路を設けても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、ここでは（ΔＲ１／Ｒ１）＜（ΔＲ２／Ｒ２）の場合を例に挙げて説明したが、（ΔＲ１／Ｒ１）＞（ΔＲ２／Ｒ２）の場合においては加減算の関係が逆になるだけで同様に温度補償できる。
【００３３】
また、感熱素子２１，２２の特性が違う場合においても感熱素子２１のΔＲ１／Ｒ１と感熱素子２２のΔＲ２／Ｒ２との関係を把握することで同様に温度補償可能である。
【００３４】
なお、この実施の形態２では、感熱素子を２つ用いたが、図３と同様にして感熱素子を１つとし、これを検出用感熱素子と温度補償用感熱素子とに用いるために異なるタイミングで異なる温度に制御処理し、この感熱素子を前記異なるタイミングそれぞれにおいて前記温度から同じ温度分で変化させ、この感熱素子を温度補償用感熱素子とするときにその出力電圧を調整し、前記調整された出力電圧を加算または減算する温度補償方法しても構わない。
【００３５】
なお、この実施の形態２では、加算回路２６を用いたが、調整の内容によっては減算回路を用いても構わない。
【００３６】
次にこの実施の形態２について具体数値例を挙げて説明することにする。
【００３７】
検出用感熱素子２１の出力電圧Ｖｏｕｔ６（通電電流Ｉ１×抵抗値Ｒ１）を１０Ｖ、補償用感熱素子２２の出力電圧Ｖｏｕｔ７（通電電流Ｉ２×抵抗値Ｒ２）を４Ｖとする。周囲温度ΔＴの変化で検出用感熱素子２１の抵抗値がＲ１→ＴＲ１（＝Ｒ１＋ΔＲ１）に、補償用感熱素子２２の抵抗値がＲ２→ＴＲ２（＝Ｒ２＋ΔＲ２）と変化し、これによって、Ｖｏｕｔ６がＩ１×Ｒ１＝１０ＶからＩ１×（Ｒ１＋ΔＲ１）＝Ｉ１×Ｒ１＋Ｉ１×ΔＲ１＝１０Ｖ＋２Ｖ＝１２Ｖに、Ｖｏｕｔ７がＩ２×Ｒ１＝４ＶからＩ２×（Ｒ２＋ΔＲ２）＝Ｉ２×Ｒ２＋Ｉ２×ΔＲ２＝４Ｖ＋１Ｖ＝５Ｖになったとすると、Ｖｏｕｔ６は周囲温度ΔＴの変化で２Ｖ上昇、Ｖｏｕｔ７は１Ｖ上昇したことになる。
【００３８】
Ｖｏｕｔ６についての電圧上昇分ΔＶｏｕｔ６（＝２Ｖ）はＩ１×ΔＲ１、Ｖｏｕｔ７についての電圧上昇分ΔＶｏｕｔ７（＝１Ｖ）はＩ２×ΔＲ２であるから、調整回路２５の増幅率にＩ１／Ｉ２を含めて設定することでそれ以降は抵抗値で説明され得る。
【００３９】
ここで、Ｖｏｕｔ７の電圧上昇分ΔＶｏｕｔ７＝１ＶをＶｏｕｔ６の電圧上昇分ΔＶｏｕｔ７＝２Ｖに等しくなるように調整回路２５の増幅率を２倍としたとき、Ｖｏｕｔ７はこの調整回路２５で２倍に増幅されるためにＶｏｕｔ８は周囲温度変化ΔＴに伴い８Ｖから１０Ｖに変化することになる。これをＶｏｕｔ６の電圧変化１０Ｖ→１２Ｖと比較すると、変化する電圧値は共に２Ｖで同じであるが、絶対値としては２Ｖ不足している。この不足電圧分をあらかじめ実験、計算等で求めておいて加算回路２６でこの不足電圧分が加算されるように設定、設計しておく。このようにすることにより、加算回路２６の出力電圧Ｖｏｕｔ９はΔＴの温度変化で１０Ｖから１２Ｖに変化することになる。
【００４０】
したがって、差動増幅器２７の両入力は周囲温度Ｔ１からΔＴの温度変化で１０Ｖから１２Ｖに変化することになり、温度補償されることになる。
【００４１】
なお、上述の各実施の形態における各回路は、定電流源および感熱素子を除いてはマイクロコンピュータによるプログラムを用い、ソフトウエア処理で演算させるようにしても構わない。
【００４２】
なお、例えば特開平７−３１８３６４号公報に記述のように感熱素子を１つ用い、この感熱素子を加熱、非加熱の処理をすることにより計測対象の検出信号と周囲温度の検出信号とを出力させるようにしたものがある。この公報に記述の方式では感熱素子が１つであるために上記感熱素子を２つ用いた方式のように２つの感熱素子の特性合わせは不要であり、制御が容易となる。
【００４３】
しかしながら、この公報に示される方式においては、感熱素子の非加熱処理に通電による温度上昇が無視可能な程度の通電電流を感熱素子に流す必要があるが、そのために、第１に、その通電の電流値が微小であるためにわずかな電流の変動でもそれが検出の大きな誤差要因となること、第２に、その微小な通電電流により感熱素子両端等に出力される電圧も微小となり、その後の信号処理系では非常に高精度の処理が必要となることである。そのために同公報の方式では感熱素子に通電する電流あるいは印加電圧等の設定回路、出力電圧の処理回路の構成の電子部品が非常に高価なものになる。
【００４４】
これに比較して、本実施の形態においては、１つの感熱素子を図３で示すようにスイッチでもって検出用感熱素子として用いるタイミングでは、感熱素子にその温度上昇が無視できない程度の通電電流を流して加熱処理し、温度補償用感熱素子としても用いるタイミングでも、その感熱素子にその温度上昇が無視できない程度の通電電流を流して加熱処理しても、実施できるものであるから、通電電流が微小であることによる誤差要因がなく、また、それに伴い、微小な通電電流による感熱素子出力電圧が微小となってその後の信号処理系で高精度な処理が要求されずに済み、簡易で低コストのものが容易に実現可能となる。
【００４５】
また、実施の形態１および２において感熱素子への通電方法として定電流方式を挙げたがこれを固定抵抗に代えて定電圧方式としても構わない。また、特開平４−１２２７８号公報の第１３図や前述の特開平７−３１８３６４号公報の第１７図に示すような定温度方式としても構わない。加えて、ここでは通電電流によって自己加熱する場合を例に挙げたが、検出用感熱素子を外部より加熱しても説明文中の抵抗値はＲ１，Ｒ２と異なった値が得られ、実現可能である。
【００４６】
ここで検出用感熱素子１と補償用感熱素子２を除く回路を処理回路とした場合に図７で示すように、処理回路そのもののオフセット調整およびゲイン調整を行うことで検出用感熱素子１に対するより適切な温度補償が行えるようにしても構わない。つまり、検出対象の温度に関する情報から検出用感熱素子１の温度補償を行う一方、検出用感熱素子１の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理回路に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うようにしても構わない。
【００４７】
図１で示される実施の形態１および図４で示される実施の形態２においては処理回路の周囲温度が変化しないことを前提にしているが、例えば上述の実施の形態をガス給湯器に適用した場合、ガス給湯器では両感熱素子１，２は空気流量、ガス流量の計測が目的だから検出対象である空気とかガスの管路のように給湯器内部に設置される。これに対して、処理回路は管路には設置されない。したがって、感熱素子１，２の周囲温度つまり管路内の空気やガス等の検出対象の温度とその変化は、処理回路の周囲温度とかその変化とは無関係に独立したものとなるから、処理回路のオフセットとかゲインとかの処理回路自身による温度の影響（変化）を無視したのでは、検出用感熱素子１の周囲温度の変化に対する適切な温度補償および検出対象に対する所望の検出を行う適切な処理とはならない。そこで、図７を参照して説明するように、処理回路そのものの周囲温度に対するオフセット調整をオフセット補償用感温素子である抵抗Ｒ９で行い、処理回路そのものの周囲温度の変化に対するゲイン調整をゲイン補償用感温素子である抵抗Ｒ２で行う。なお、図７において差動増幅器７は、増幅器Ａ１〜Ａ３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ７で構成されている。このようにして検出用感熱素子１の処理回路によるオフセット調整およびゲイン調整と、処理回路そのもののオフセット調整およびゲイン調整とで、総合的な温度補償が可能となり、より適切な温度補償が可能となる。
【００４８】
なお、この場合、処理回路に対する温度補償はオフセット調整だけでもゲイン調整だけでもあるいはこの両調整で行っても構わない。
【００４９】
なお、この場合、オフセット調整、ゲイン調整は抵抗Ｒ２，Ｒ９のような感温素子で調整するのではなく温度変化を電流変化あるいは電圧変化で検出する感温素子でも構わないし、感温素子ではなく回路で行うようにしても構わない。
【００５０】
なお、上述の実施の形態の温度補償回路をチップ形態とかその他の形態の流速センサ、流量センサ、その他のセンサとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の回路図
【図２】図１の回路において各部の電圧と周囲温度との関係を示す図
【図３】本発明の他の実施の形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の要部回路図
【図４】本発明のさらに他の実施の形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の回路図
【図５】図４の回路において感熱素子の抵抗値とその温度との関係の説明に供する図
【図６】図４の回路にて検出用感熱素子と温度補償用感熱素子それぞれの抵抗値の変化の説明に供する図
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の要部の回路図
【符号の説明】
【００５２】
１ 検出用感熱素子
２ 温度補償用感熱素子
３，４ 定電流源
５ オフセット調整回路
６ ゲイン調整回路
７ 差動増幅器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感熱素子を通電動作して計測を行う場合、周囲温度の影響を排除するよう温度補償する温度補償方法およびそれを用いた温度補償回路ならびにセンサおよび給湯器に関する。感熱素子を利用した各種センサとしては流速（流量含む）、気体や液体の種別、圧力、湿度等のように、感熱素子に触れる気体または液体の分子数の単位時間、単位面積当たりの変化を検出するものであれば、本発明のセンサに含まれる。
【背景技術】
【０００２】
感熱素子を流速（流量）センサ等の各種センサに利用して流速、圧力、湿度等の検出を行う装置においては、感熱素子の周囲温度依存性を排除するため温度補償回路で温度補償するようになっているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
こうした温度補償回路の従来には、感熱素子を２つ用い、一方の感熱素子を検出用感熱素子として検出対象の検出信号を出力し、他方の感熱素子を温度補償用感熱素子として周囲温度の検出信号を出力し、両出力の演算処理で感熱素子の周囲温度依存性を補償して検出対象を周囲温度に影響されることなく検出できるようにした方式のものがある。
【特許文献１】特開平７−３１８３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような方式にあってはあらかじめ２つの感熱素子のオフセットを調整したり、ゲインを調整する必要があるが、このオフセットの調整後にゲインの調整をする際に事前に調整したオフセット値がずれてしまい、ゲインの調整後に、再度、オフセットを調整する工程を何度か繰り返して調整する必要があり、大変に手間のかかるものであった。また、調整工程において感熱素子の周囲温度を変える必要があり、そのための設備が必要となること、また、検出対象をそれぞれの温度環境下でなじませるための時間が必要である等の問題がある。
【０００５】
また、感熱素子の周囲温度と、前記感熱素子の温度補償のための処理等を行う処理手段（処理回路）の周囲温度とが互いに無関係に変化する場合は、適切な温度補償が行えない、という問題もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明の温度補償方法においては、検出対象の温度に関する情報から感熱素子の温度補償を行う一方、前記感熱素子の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うことを特徴としている。
【０００７】
また、本発明の温度補償回路においては、検出対象に対する所望の検出を行うための感熱素子と、前記検出対象の温度に関する情報から前記感熱素子の温度補償の処理をする処理手段とを有し、前記処理手段自身の温度に関する情報から当該処理手段に対する温度補償を行うことを特徴としている。
【０００８】
上記本発明の温度補償回路においては、前記処理手段は、当該処理手段のオフセット調整および／またはゲイン調整をするための感温素子を有していることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、検出対象の温度に関する情報から感熱素子の温度補償を行う一方、前記感熱素子の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うようにしたから、感温素子と処理回路とが互い無関係に周囲温度が変化しても、より適切な温度補償が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
なお、本発明においては、説明を簡単にするために検出対象として例えば流速であれば流速ゼロの状態での調整方法を例に挙げて説明する。
【００１２】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる温度補償方法は、少なくとも２つの感熱素子のうちの一方を検出用感熱素子とし、他方を温度補償用感熱素子とし、前記両感熱素子それぞれを異なる加熱温度となるように処理する第１ステップと、任意の周囲温度のもとで前記両感熱素子の出力電圧が一致するようにオフセット調整する第２ステップと、前記オフセット調整を維持した状態で前記両感熱素子の出力電圧が他の任意の周囲温度のもとで一致するようにゲイン調整する第３ステップとを少なくとも含むものである。この温度補償方法について図１で示される温度補償回路と図２の周囲温度に対する感熱素子の出力電圧特性とに基づいて説明することにする。
【００１３】
まず、図１の温度補償回路は、検出用感熱素子１と、温度補償用感熱素子２と、定電流源３，４と、オフセット調整回路５と、ゲイン調整回路６と、差動増幅器７とを備えて構成されている。
【００１４】
ここで説明を簡単にするために検出用感熱素子１と温度補償用感熱素子２は共に同じ特性を有しているものとする。温度補償用感熱素子２は、検出用感熱素子１とは検出対象（例えば給湯器内のガス流量等）に対して同一の環境下に配置される。検出用感熱素子１は、定電流源３からの通電電流Ｉ１とそれの周囲温度とに対応した出力電圧Ｖｏｕｔ１を発生している。温度補償用感熱素子２は、定電流源４からの通電電流Ｉ２（＜Ｉ１）と周囲温度とに対応した出力電圧Ｖｏｕｔ２を発生している。検出用感熱素子１への通電電流Ｉ１を温度補償用感熱素子２への通電電流Ｉ２より大きくしているのは、温度補償用感熱素子２の検出対象に対する感度を、検出用感熱素子１の検出対象に対する感度よりも小さくするためである。
【００１５】
ここで周囲温度がＴ１のときにおいて検出用感熱素子１は通電電流Ｉ１が供給されることでその出力電圧はＶｏｕｔ１となっている。温度補償用感熱素子２には通電電流Ｉ１より小さい通電電流Ｉ２が供給されることでその出力電圧はＶｏｕｔ１より小さいＶｏｕｔ２となっている。すなわち、前述のように両感熱素子１，２が同じ特性であったとすると、検出用感熱素子１への通電電流Ｉ１が温度補償用感熱素子２への通電電流Ｉ２より大きくしているため、通電による素子１での発熱量は素子２でのそれより大きく、したがって、感熱素子１の抵抗値Ｒ１
は感熱素子２の抵抗値Ｒ２より大きくなっている。よって各出力電圧は
Ｖｏｕｔ１＝Ｉ１×Ｒ１
Ｖｏｕｔ２＝Ｉ２×Ｒ２
となり、これを変形すると
Ｖｏｕｔ１＝｛Ｉ２×（Ｉ１／Ｉ２）｝×｛Ｒ２＋（Ｒ１−Ｒ２）｝
＝［Ｉ２×｛Ｒ２＋（Ｒ１−Ｒ２）｝］×（Ｉ１／Ｉ２）
＝｛Ｖｏｕｔ２＋Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）｝×（Ｉ１／Ｉ２）
となる。
【００１６】
したがって、この周囲温度Ｔ１においては両感熱素子１，２にはその出力電圧Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２にオフセットがある。このオフセットはオフセット調整回路５で調整される。オフセット調整回路５は可変抵抗８と増幅器９とを有しており、温度補償用感熱素子２の出力電圧Ｖｏｕｔ２は、両感熱素子１，２の抵抗値差（Ｒ１−Ｒ２）に相当する分をオフセット調整回路５の可変抵抗器８によって、また、両感熱素子１，２への通電電流比（Ｉ１／Ｉ２）に相当する分をオフセット調整回路５の増幅器９によって調整され、結果として、オフセット調整回路５によってＶｏｕｔ１と同一のＶｏｕｔ３に調整される。
【００１７】
周囲温度がＴ１で変化が無ければ、このオフセット調整によりオフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３と検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１は互いに同一であるから、両出力電圧Ｖｏｕｔ１とＶｏｕｔ３とを差動増幅器７に入力することで、差動増幅器７の出力電圧Ｖｏｕｔ５がゼロとなり、検出用感熱素子１に対する温度補償がされることになる。
【００１８】
しかしながら、周囲温度がＴ１からΔＴだけ変化した場合、検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１が図２の特性（1）のように変化してＶｏｕｔ１'となるのに対し、オフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３は特性（2）のように変化してＶｏｕｔ３'となるために、検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１'とオフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３'とが一致しなくなる。これについて詳しく説明すると、検出用感熱素子１の抵抗Ｒ１はこのΔＴの温度変化に伴いΔＲ１だけその抵抗値が増加し、また、温度補償用感熱素子２の抵抗値Ｒ２は同様にΔＲ２だけ増加する。ここで、ΔＲ１／Ｒ１とΔＲ２／Ｒ２はほぼ同じ値になるため、この値をａとすると、
Ｖｏｕｔ１'＝Ｉ１×（Ｒ１＋ΔＲ１）
＝Ｉ１×Ｒ１＋Ｉ１×Ｒ１×（ΔＲ１／Ｒ１）
＝Ｖｏｕｔ１×（１＋ａ）
また、前記より
Ｖｏｕｔ３'＝｛Ｉ２×（Ｒ２＋ΔＲ２）＋
Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）｝×（Ｉ１／Ｉ２）
＝｛Ｖｏｕｔ２×（１＋ａ）＋Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×
（１＋ａ）｝×（Ｉ１／Ｉ２）−Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×
ａ×（Ｉ１／Ｉ２）
＝Ｖｏｕｔ３×（１＋ａ）−Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×
ａ×（Ｉ１／Ｉ２）
ここで、Ｖｏｕｔ３＝Ｖｏｕｔ１であることから、
Ｖｏｕｔ３'＝Ｖｏｕｔ１'−Ｉ２×（Ｒ１−Ｒ２）×ａ×（Ｉ１／Ｉ２）
また、Ｒ１＞Ｒ２であり、Ｉ１，Ｉ２，ａはすべて正の値であることから
Ｖｏｕｔ３'＜Ｖｏｕｔ１'となる。
【００１９】
そこで、この周囲温度Ｔ１＋ΔＴにおけるオフセット調整回路５の出力電圧Ｖｏｕｔ３'をゲイン調整回路６に入力し、ゲイン調整回路６の出力電圧Ｖｏｕｔ４がＶｏｕｔ１'となるようにゲイン調整するのである。このゲイン調整について説明する。まず、基準電圧Ｖｒｅｆを周囲温度Ｔ１における検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に一致させるように可変抵抗１０で調整する。それから、ゲイン調整回路６の出力電圧Ｖｏｕｔ４が周囲温度がＴ１＋ΔＴのときの検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１'に一致させるように可変抵抗１１を調整する。これによって、ゲイン調整回路６の出力電圧Ｖｏｕｔ４は検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１'に一致するのである。その結果、差動増幅器７からは周囲温度の変化に依存することなく、検出用感熱素子１で検出した検出対象に対応した出力電圧Ｖｏｕｔ５が出力できることになる。
【００２０】
以上のような温度補償方法および回路において温度ゲイン調整後においても事前に調整したＶｏｕｔ３が変化しないことについて説明する。今、温度ゲイン調整後において周囲温度をＴ１に戻したとすると、検出用感熱素子１の抵抗値はＲ１となり、Ｖｏｕｔ１＝Ｉ１×Ｒ１でオフセット調整時の電圧Ｖｏｕｔ１に戻る。また、温度補償用感熱素子２の抵抗値はＲ２となり、Ｖｏｕｔ２＝Ｉ２×Ｒ２でＶｏｕｔ１と同様にオフセット調整時の電圧Ｖｏｕｔ２に戻る。ここで、オフセット調整回路５の各設定値はオフセット調整時のままなのでＶｏｕｔ３＝Ｖｏｕｔ１である。さてここで、温度ゲイン調整回路６の基準電圧Ｖｒｅｆは周囲温度Ｔ１における検出用感熱素子１の出力電圧Ｖｏｕｔ１に一致させるように既に可変抵抗器１１で調整されているため、オペアンプの動作原理にのっとってＶｏｕｔ４＝Ｖｒｅｆ＝Ｖｏｕｔ３となる。よって、Ｖｏｕｔ４＝Ｖｏｕｔ１となり、Ｖｏｕｔ５は周囲温度Ｔ１においてもゼロとなり、温度補償されるのが分かる。
【００２１】
なお、この実施の形態では、感熱素子を２つ用いたが、図３で示すように、感熱素子１３を１つとし、その感熱素子１３と定電流源３，４との間にスイッチ１４，１５を設け、このスイッチ１４，１５を制御部１６でオンオフすることで、定電流源３に接続された第１スイッチ１４がオン、定電流源４に接続された第２スイッチ１５がオフのときに定電流源３からは感熱素子１３に通電電流Ｉ１を、第１スイッチ１４がオフ、第２スイッチ１５がオンのときに定電流源４から通電電流Ｉ２を感熱素子１３に供給することで、１つの感熱素子１３を制御部１６で異なるタイミング（前記両スイッチ１４，１５のオンオフ）で異なる温度に制御処理し、この感熱素子１３の異なるタイミングにおけるそれぞれの出力電圧を前記オフセット調整回路５で任意の周囲温度のもとでオフセット調整し、感熱素子１３の前記異なるタイミングにおけるそれぞれの出力電圧を他の任意の周囲温度のもとでゲイン調整回路６でゲイン調整する温度補償方法として、上述と同様の温度補償を行わせることができる。
【００２２】
ここで異なるタイミングにおけるそれぞれの出力電圧は例えばサンプル・ホールド回路等を用いてそれぞれ保持する構成としてもよいし、マイクロコンピュータ等を用いて保持する構成としてもよい。
【００２３】
（実施の形態２）
上述した実施の形態１では、調整ステップが多いために手間がかかることが考えられること、また、検出対象を温度が異なる２つの環境下に置く必要があるので、そのための設備が必要となること、また、検出対象をそれぞれの温度環境下でなじませるための時間が必要となること、さらに、可変抵抗で調整する作業が大変である、といった問題がある。本発明の実施の形態２の温度補償方法においては、実施の形態１のそうした問題を解消している。
【００２４】
以下、説明すると、本発明の実施の形態２にかかる温度補償方法は、少なくとも２つの感熱素子のうちの一方を検出用感熱素子とし、他方を温度補償用感熱素子とし、前記両感熱素子それぞれを異なる加熱温度となるように処理する手段と、前記両感熱素子それぞれの出力電圧のうち、少なくともいずれか一方が他方に対する過不足分を加算または減算する手段とを少なくとも含むものであり、これについて図４ないし図６を参照して説明する。
【００２５】
まず、この実施の形態２の実施に用いられる温度補償回路は、例えば図４で示すように検出用感熱素子２１と、温度補償用感熱素子２２と、定電流源２３，２４と、調整回路２５と、加算回路２６と、差動増幅器２７とを備えて構成されている。そして、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様にして感熱素子が検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２との２つが使用されている。それぞれの感熱素子２１，２２は対応する定電流源２３，２４から通電電流Ｉ１，Ｉ２が供給される。ここでＩ１＞Ｉ２の関係である。ここで説明を簡単にするために、両感熱素子２１，２２それぞれの特性は同じとする。
【００２６】
同一の周囲温度環境下であってこのような通電電流Ｉ１，Ｉ２において加熱された場合の検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２それぞれの抵抗値は図５で示すようにＲ１，Ｒ２（Ｒ２＜Ｒ１）となっている。このとき、検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２それぞれの出力電圧はＶｏｕｔ６，Ｖｏｕｔ７であり、調整回路２５の出力電圧はＶｏｕｔ８であり、加算回路２６の出力電圧はＶｏｕｔ９であり、差動増幅器２７の出力電圧はＶｏｕｔ１０であるが、以下の説明では容易な理解のため抵抗値で説明することにする。
【００２７】
そして、両感熱素子２１，２２の周囲温度がΔＴだけ変化した場合、それぞれの感熱素子２１，２２の抵抗値もそれぞれΔＲ１，ΔＲ２と変化するが、検出用感熱素子２１と温度補償用感熱素子２２の特性が同じであっても通電電流Ｉ１，Ｉ２によって抵抗値がＲ１，Ｒ２と異なるために、ΔＲ１＞ΔＲ２である。前述実施の形態１での説明においてΔＲ１／Ｒ１とΔＲ２／Ｒ２はほぼ同じと記したが、現実には若干の差異があり、この差異が正確な温度補償を行ううえで無視できない場合がある。例えば微流速を検出対象とする場合等である。ここではΔＲ１／Ｒ１＜ΔＲ２／Ｒ２の場合を例に挙げ、このときの抵抗値Ｒ１，ΔＲ１，Ｒ２，ΔＲ２の関係について図６を参照して説明する。
【００２８】
図６（ａ）には検出用感熱素子２１の抵抗値として、Ｒ１と前記周囲温度変化ΔＴによる抵抗値変化分であるΔＲ１との合計抵抗値ＴＲ１が示されている。また、図６（ｂ）には温度補償用感熱素子２２の抵抗値として、Ｒ２と前記周囲温度変化ΔＴによる抵抗値変化分であるΔＲ２との合計抵抗値ＴＲ２が示されている。ここで、調整回路２５で図６（ｃ）で示すように抵抗値変化分ΔＲ２をΔＲ１に一致させるようにΔＲ２'に調整して合計抵抗値をＴＲ２からＴＲ２'とする。このとき、抵抗値Ｒ２も調整回路２５で調整される結果、Ｒ２'となっているが、図６（ａ）の合計抵抗値ＴＲ１に対して、図６（ｃ）の合計抵抗値ＴＲ２'は抵抗値Ｒ３だけ小さい。そこで、あらかじめ実験等により抵抗値Ｒ３（加算電圧Ｖａｄｄ）を把握し、加算回路２６によって抵抗値Ｒ３分（加算電圧Ｖａｄｄ）だけ加算する回路構成とすることで、Ｒ２'＋Ｒ３＋ΔＲ２'に相当するＶｏｕｔ９がＲ１＋ΔＲ１に相当するＶｏｕｔ６に一致するように調整回路２５を調整するだけで差動増幅器２７には合計抵抗値が同じとなる電圧が入力されることになってその出力電圧Ｖｏｕｔ１０はゼロとなるのである。
【００２９】
つまり、Ｖｏｕｔ６，Ｖｏｕｔ７，Ｖｏｕｔ８，Ｖａｄｄ，Ｖｏｕｔ９を抵抗値関係であらわすと、
Ｖｏｕｔ６＝Ｒ１＋ΔＲ１
＝Ｒ２'＋Ｒ３＋ΔＲ２' … （１）
Ｖｏｕｔ７＝Ｒ２＋ΔＲ２ … （２）
Ｖｏｕｔ８＝Ｒ２'＋ΔＲ２' … （３）
Ｖａｄｄ ＝Ｒ３ … （４）
Ｖｏｕｔ９＝Ｒ２'＋Ｒ３＋ΔＲ２' … （５）
したがって、差動増幅器２７の一方の入力である前記式（１）と、他方の入力である前記式（５）とから明らかであるように、差動増幅器２７への両入力は同じであるから周囲温度に依存することなく、差動増幅器２７からは検出用感熱素子２１で検出した検出対象に対応した出力電圧Ｖｏｕｔ１０が出力できることになる。
【００３０】
また、ここでは抵抗値Ｒ３（加算電圧Ｖａｄｄ）をあらかじめ把握して設定しておき、調整回路２５を調整する例を説明したが、逆に、ΔＲ１／ΔＲ２に相当する値をあらかじめ把握して調整回路２５を固定値として設定しておき、抵抗値Ｒ３に相当する加算電圧Ｖａｄｄを調整するようにしてもよい。
【００３１】
また、ここではＴＲ２'にＲ３分を加算する形態で、温度補償用感熱素子側に加算回路を設けたが、逆に、ＴＲ１からＲ３分を減算する形態とし、検出用感熱素子側に減算回路を設けても同様の効果が得られる。
【００３２】
また、ここでは（ΔＲ１／Ｒ１）＜（ΔＲ２／Ｒ２）の場合を例に挙げて説明したが、（ΔＲ１／Ｒ１）＞（ΔＲ２／Ｒ２）の場合においては加減算の関係が逆になるだけで同様に温度補償できる。
【００３３】
また、感熱素子２１，２２の特性が違う場合においても感熱素子２１のΔＲ１／Ｒ１と感熱素子２２のΔＲ２／Ｒ２との関係を把握することで同様に温度補償可能である。
【００３４】
なお、この実施の形態２では、感熱素子を２つ用いたが、図３と同様にして感熱素子を１つとし、これを検出用感熱素子と温度補償用感熱素子とに用いるために異なるタイミングで異なる温度に制御処理し、この感熱素子を前記異なるタイミングそれぞれにおいて前記温度から同じ温度分で変化させ、この感熱素子を温度補償用感熱素子とするときにその出力電圧を調整し、前記調整された出力電圧を加算または減算する温度補償方法しても構わない。
【００３５】
なお、この実施の形態２では、加算回路２６を用いたが、調整の内容によっては減算回路を用いても構わない。
【００３６】
次にこの実施の形態２について具体数値例を挙げて説明することにする。
【００３７】
検出用感熱素子２１の出力電圧Ｖｏｕｔ６（通電電流Ｉ１×抵抗値Ｒ１）を１０Ｖ、補償用感熱素子２２の出力電圧Ｖｏｕｔ７（通電電流Ｉ２×抵抗値Ｒ２）を４Ｖとする。周囲温度ΔＴの変化で検出用感熱素子２１の抵抗値がＲ１→ＴＲ１（＝Ｒ１＋ΔＲ１）に、補償用感熱素子２２の抵抗値がＲ２→ＴＲ２（＝Ｒ２＋ΔＲ２）と変化し、これによって、Ｖｏｕｔ６がＩ１×Ｒ１＝１０ＶからＩ１×（Ｒ１＋ΔＲ１）＝Ｉ１×Ｒ１＋Ｉ１×ΔＲ１＝１０Ｖ＋２Ｖ＝１２Ｖに、Ｖｏｕｔ７がＩ２×Ｒ１＝４ＶからＩ２×（Ｒ２＋ΔＲ２）＝Ｉ２×Ｒ２＋Ｉ２×ΔＲ２＝４Ｖ＋１Ｖ＝５Ｖになったとすると、Ｖｏｕｔ６は周囲温度ΔＴの変化で２Ｖ上昇、Ｖｏｕｔ７は１Ｖ上昇したことになる。
【００３８】
Ｖｏｕｔ６についての電圧上昇分ΔＶｏｕｔ６（＝２Ｖ）はＩ１×ΔＲ１、Ｖｏｕｔ７についての電圧上昇分ΔＶｏｕｔ７（＝１Ｖ）はＩ２×ΔＲ２であるから、調整回路２５の増幅率にＩ１／Ｉ２を含めて設定することでそれ以降は抵抗値で説明され得る。
【００３９】
ここで、Ｖｏｕｔ７の電圧上昇分ΔＶｏｕｔ７＝１ＶをＶｏｕｔ６の電圧上昇分ΔＶｏｕｔ７＝２Ｖに等しくなるように調整回路２５の増幅率を２倍としたとき、Ｖｏｕｔ７はこの調整回路２５で２倍に増幅されるためにＶｏｕｔ８は周囲温度変化ΔＴに伴い８Ｖから１０Ｖに変化することになる。これをＶｏｕｔ６の電圧変化１０Ｖ→１２Ｖと比較すると、変化する電圧値は共に２Ｖで同じであるが、絶対値としては２Ｖ不足している。この不足電圧分をあらかじめ実験、計算等で求めておいて加算回路２６でこの不足電圧分が加算されるように設定、設計しておく。このようにすることにより、加算回路２６の出力電圧Ｖｏｕｔ９はΔＴの温度変化で１０Ｖから１２Ｖに変化することになる。
【００４０】
したがって、差動増幅器２７の両入力は周囲温度Ｔ１からΔＴの温度変化で１０Ｖから１２Ｖに変化することになり、温度補償されることになる。
【００４１】
なお、上述の各実施の形態における各回路は、定電流源および感熱素子を除いてはマイクロコンピュータによるプログラムを用い、ソフトウエア処理で演算させるようにしても構わない。
【００４２】
なお、例えば特開平７−３１８３６４号公報に記述のように感熱素子を１つ用い、この感熱素子を加熱、非加熱の処理をすることにより計測対象の検出信号と周囲温度の検出信号とを出力させるようにしたものがある。この公報に記述の方式では感熱素子が１つであるために上記感熱素子を２つ用いた方式のように２つの感熱素子の特性合わせは不要であり、制御が容易となる。
【００４３】
しかしながら、この公報に示される方式においては、感熱素子の非加熱処理に通電による温度上昇が無視可能な程度の通電電流を感熱素子に流す必要があるが、そのために、第１に、その通電の電流値が微小であるためにわずかな電流の変動でもそれが検出の大きな誤差要因となること、第２に、その微小な通電電流により感熱素子両端等に出力される電圧も微小となり、その後の信号処理系では非常に高精度の処理が必要となることである。そのために同公報の方式では感熱素子に通電する電流あるいは印加電圧等の設定回路、出力電圧の処理回路の構成の電子部品が非常に高価なものになる。
【００４４】
これに比較して、本実施の形態においては、１つの感熱素子を図３で示すようにスイッチでもって検出用感熱素子として用いるタイミングでは、感熱素子にその温度上昇が無視できない程度の通電電流を流して加熱処理し、温度補償用感熱素子としても用いるタイミングでも、その感熱素子にその温度上昇が無視できない程度の通電電流を流して加熱処理しても、実施できるものであるから、通電電流が微小であることによる誤差要因がなく、また、それに伴い、微小な通電電流による感熱素子出力電圧が微小となってその後の信号処理系で高精度な処理が要求されずに済み、簡易で低コストのものが容易に実現可能となる。
【００４５】
また、実施の形態１および２において感熱素子への通電方法として定電流方式を挙げたがこれを固定抵抗に代えて定電圧方式としても構わない。また、特開平４−１２２７８号公報の第１３図や前述の特開平７−３１８３６４号公報の第１７図に示すような定温度方式としても構わない。加えて、ここでは通電電流によって自己加熱する場合を例に挙げたが、検出用感熱素子を外部より加熱しても説明文中の抵抗値はＲ１，Ｒ２と異なった値が得られ、実現可能である。
【００４６】
ここで検出用感熱素子１と補償用感熱素子２を除く回路を処理回路とした場合に図７で示すように、処理回路そのもののオフセット調整およびゲイン調整を行うことで検出用感熱素子１に対するより適切な温度補償が行えるようにしても構わない。つまり、検出対象の温度に関する情報から検出用感熱素子１の温度補償を行う一方、検出用感熱素子１の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理回路に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行うようにしても構わない。
【００４７】
図１で示される実施の形態１および図４で示される実施の形態２においては処理回路の周囲温度が変化しないことを前提にしているが、例えば上述の実施の形態をガス給湯器に適用した場合、ガス給湯器では両感熱素子１，２は空気流量、ガス流量の計測が目的だから検出対象である空気とかガスの管路のように給湯器内部に設置される。これに対して、処理回路は管路には設置されない。したがって、感熱素子１，２の周囲温度つまり管路内の空気やガス等の検出対象の温度とその変化は、処理回路の周囲温度とかその変化とは無関係に独立したものとなるから、処理回路のオフセットとかゲインとかの処理回路自身による温度の影響（変化）を無視したのでは、検出用感熱素子１の周囲温度の変化に対する適切な温度補償および検出対象に対する所望の検出を行う適切な処理とはならない。そこで、図７を参照して説明するように、処理回路そのものの周囲温度に対するオフセット調整をオフセット補償用感温素子である抵抗Ｒ９で行い、処理回路そのものの周囲温度の変化に対するゲイン調整をゲイン補償用感温素子である抵抗Ｒ２で行う。なお、図７において差動増幅器７は、増幅器Ａ１〜Ａ３と、抵抗Ｒ１〜Ｒ７で構成されている。このようにして検出用感熱素子１の処理回路によるオフセット調整およびゲイン調整と、処理回路そのもののオフセット調整およびゲイン調整とで、総合的な温度補償が可能となり、より適切な温度補償が可能となる。
【００４８】
なお、この場合、処理回路に対する温度補償はオフセット調整だけでもゲイン調整だけでもあるいはこの両調整で行っても構わない。
【００４９】
なお、この場合、オフセット調整、ゲイン調整は抵抗Ｒ２，Ｒ９のような感温素子で調整するのではなく温度変化を電流変化あるいは電圧変化で検出する感温素子でも構わないし、感温素子ではなく回路で行うようにしても構わない。
【００５０】
なお、上述の実施の形態の温度補償回路をチップ形態とかその他の形態の流速センサ、流量センサ、その他のセンサとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の回路図
【図２】図１の回路において各部の電圧と周囲温度との関係を示す図
【図３】本発明の他の実施の形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の要部回路図
【図４】本発明のさらに他の実施の形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の回路図
【図５】図４の回路において感熱素子の抵抗値とその温度との関係の説明に供する図
【図６】図４の回路にて検出用感熱素子と温度補償用感熱素子それぞれの抵抗値の変化の説明に供する図
【図７】本発明のさらに他の実施の形態に係る温度補償方法に用いる温度補償回路の要部の回路図
【符号の説明】
【００５２】
１ 検出用感熱素子
２ 温度補償用感熱素子
３，４ 定電流源
５ オフセット調整回路
６ ゲイン調整回路
７ 差動増幅器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象の温度に関する情報から感熱素子の温度補償を行う一方、
前記感熱素子の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行う、
ことを特徴とする温度補償方法。
【請求項２】
検出対象に対する所望の検出を行うための感熱素子と、
前記検出対象の温度に関する情報から前記感熱素子の温度補償の処理をする処理手段と、
を有し、
前記処理手段自身の温度に関する情報から当該処理手段に対する温度補償を行う、
ことを特徴とする温度補償回路。
【請求項３】
請求項２に記載の温度補償回路において、
前記処理手段は、当該処理手段のオフセット調整および／またはゲイン調整をするための感温素子を有している、
ことを特徴とする温度補償回路。
【請求項４】
請求項２または３に記載の温度補償回路を備えた、
ことを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項２または３に記載の温度補償回路を備えた、
ことを特徴とする流速センサ。
【請求項６】
請求項２または３に記載の温度補償回路を備えた、
ことを特徴とする流量センサ。
【請求項７】
請求項５または６に記載のセンサを有する、
ことを特徴とする給湯器。
【請求項１】
検出対象の温度に関する情報から感熱素子の温度補償を行う一方、
前記感熱素子の温度補償のための処理および検出対象に対する所望の検出を行う処理手段に対してもそれ自身の温度に関する情報から温度補償を行う、
ことを特徴とする温度補償方法。
【請求項２】
検出対象に対する所望の検出を行うための感熱素子と、
前記検出対象の温度に関する情報から前記感熱素子の温度補償の処理をする処理手段と、
を有し、
前記処理手段自身の温度に関する情報から当該処理手段に対する温度補償を行う、
ことを特徴とする温度補償回路。
【請求項３】
請求項２に記載の温度補償回路において、
前記処理手段は、当該処理手段のオフセット調整および／またはゲイン調整をするための感温素子を有している、
ことを特徴とする温度補償回路。
【請求項４】
請求項２または３に記載の温度補償回路を備えた、
ことを特徴とするセンサ。
【請求項５】
請求項２または３に記載の温度補償回路を備えた、
ことを特徴とする流速センサ。
【請求項６】
請求項２または３に記載の温度補償回路を備えた、
ことを特徴とする流量センサ。
【請求項７】
請求項５または６に記載のセンサを有する、
ことを特徴とする給湯器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−１６４６３２（Ｐ２００８−１６４６３２Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５７６６２（Ｐ２００８−５７６６２）
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【分割の表示】特願平１１−７８４３５の分割
【原出願日】平成１１年３月２３日（１９９９．３．２３）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月７日（２００８．３．７）
【分割の表示】特願平１１−７８４３５の分割
【原出願日】平成１１年３月２３日（１９９９．３．２３）
【出願人】（０００２２０２６２）東京瓦斯株式会社 (1,166)
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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