熱式湿度センサ
【課題】湿度を高精度に検出できる熱式湿度センサを得る。
【解決手段】熱式湿度センサは、温度センサ４、５、６、７と、温度センサ４、５、６、７の出力に基づいて湿度に応じた信号を出力する湿度検出手段と、温度センサ４、５、６、７の周囲を流れる空気流量を計測する空気流量計測手段８０、８２と、空気流量計測手段８０、８２により計測した空気流量を基に、湿度検出手段の出力信号を補正する補正手段を有する。これにより、湿度の誤差要因となる空気流の影響を取り除き、湿度の計測精度を向上させる。
【解決手段】熱式湿度センサは、温度センサ４、５、６、７と、温度センサ４、５、６、７の出力に基づいて湿度に応じた信号を出力する湿度検出手段と、温度センサ４、５、６、７の周囲を流れる空気流量を計測する空気流量計測手段８０、８２と、空気流量計測手段８０、８２により計測した空気流量を基に、湿度検出手段の出力信号を補正する補正手段を有する。これにより、湿度の誤差要因となる空気流の影響を取り除き、湿度の計測精度を向上させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱式湿度センサに係り、例えば自動車のような振動の多い環境で使用される熱式湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
湿度センサとして、空気中の水蒸気量によって高温体からの放熱量が変化することを利用した熱式湿度センサがある（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８４５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱式湿度センサは、発熱体から空気へ放出される熱量が空気流によって変化するので、センサ上を流れる空気流が湿度計測の誤差要因となり、湿度の計測精度を向上させることが困難であるという課題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、湿度計測の精度を向上させることができる熱式湿度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する本発明の熱式湿度センサは、温度センサと、温度センサの出力に基づいて湿度に応じた信号を出力する湿度検出手段と、温度センサの周囲を流れる空気流量を計測する空気流量計測手段と、空気流量計測手段により計測した空気流量を基に、湿度検出手段の出力信号を補正する補正手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、温度センサの周囲を流れる空気流量を計測して、その空気流量に基づいて湿度検出手段の出力信号を補正するので、湿度計測の誤差要因となる空気流による影響を取り除くことができ、湿度計測の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図。
【図３】図１のＡ−Ａ’線断面における温度分布図。
【図４】第１の参考例の熱式湿度センサの駆動回路。
【図５】第２の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図６】第２の参考例の熱式湿度センサの駆動回路図。
【図７】第３の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図８】第４の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図９】第１の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図１０】第２の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の前提として、第１の参考例である熱式湿度センサを図１、２、３、４により説明する。なお、図１は第１の参考例の熱式湿度センサの検出素子１の平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は図１のＡ−Ａ’線断面における温度分布図、図４は第１の参考例の熱式湿度センサの駆動回路図である。
【０００９】
まず、本熱式湿度センサの検出素子１の構成を図１、２により説明する。検出素子１はシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板１６に絶縁膜１４、１５を形成し、平板基板１６を裏面からエッチングすることで絶縁膜１４、１５の下部に空間を形成し、平板基板１６にダイアフラム２を形成する。ダイアフラム２は絶縁膜１４、１５で構成される薄膜の架橋構造体であり、絶縁膜１４、１５の熱伝導率が小さいことからダイアフラム２は熱絶縁部として機能する。
【００１０】
ダイアフラム２には、所定の温度に加熱されるループ状の発熱体である発熱抵抗体３と、発熱抵抗体３に囲まれた内側に温度センサとして温度検出抵抗体４、５、６、７が形成されている。発熱抵抗体３は、温度検出抵抗体４、５、６、７の周りを取り囲むように、矩形状に連続して配置された４本の直線状部分３ａ〜３ｄからなり、直線状部分３ａと３ｃが設けられている位置、および、直線状部分３ｂと３ｄが設けられている位置が、それぞれ、温度センサを間に介在させて互いに対向する２つの発熱位置となる。
【００１１】
なお、発熱抵抗体３は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱すると共に抵抗体の温度に応じて抵抗体自体の温度が変化する。
【００１２】
また、温度検出抵抗体４、５、６、７もポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、これらの温度検出抵抗体４、５、６、７の抵抗値が温度により変化することを利用して、温度検出抵抗体４、５、６、７の配置された場所（中間位置）の温度を検出する。
【００１３】
温度検出抵抗体４、５、６、７はブリッジ回路（温度検出手段）を構成しており、発熱抵抗体３の内側で発熱抵抗体３の近傍の温度と発熱抵抗体３の内側の中央部の温度との温度差を検出できるようにしている。ここでは、一方の温度センサである温度検出抵抗体４、７を、他方の温度センサである温度検出抵抗体５、６よりも、発熱抵抗体３の直線状部分３ｂ、３ｄに近づけて配置している。
【００１４】
また、発熱抵抗体３は接続端子８、１３を介して外部に電気的に接続され、温度検出抵抗体４、５、６、７で構成されるブリッジ回路は接続端子９、１０、１１、１２を介して外部に電気的に接続される。
【００１５】
次に、本参考例の湿度センサの基本動作について説明する。本湿度センサでは発熱抵抗体３を所定の温度に加熱する。加熱温度は高い程、湿度に対する感度は高くなるが、発熱抵抗体３が劣化するので３００〜５００℃が適当である。
【００１６】
発熱抵抗体３を所定の温度に加熱すると、図１のＡ−Ａ’線断面における温度分布は図３の様になる。つまり、発熱抵抗体３の配置された場所（発熱位置）の温度は一定に保たれ、発熱抵抗体３で囲まれた内側の温度は空気への放熱によって温度低下が生じ、図３に示す様な温度分布が生じる。
【００１７】
また、空気への放熱は空気中の湿度の量に応じて変化するので、この温度分布の変化を温度検出抵抗体４、５、６、７によって検出することで湿度に応じた信号を取り出すことができる。なお、温度分布の計測は温度検出抵抗体４、５、６、７の配置された４箇所の温度の温度差を温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路で検出する。
【００１８】
ここで、温度検出抵抗体４、７は発熱抵抗体３の近傍に配置し、温度検出抵抗体５、６は発熱抵抗体３で囲まれた部分の中央付近に配置して、発熱抵抗体３で囲まれた部分の温度分布の変化に応じて温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路の出力電圧が変化する様にした。
【００１９】
本参考例では、発熱抵抗体３の配置された場所の温度は一定に保たれるので発熱抵抗体３の内側の温度分布は空気への放熱のみで決まる。つまり、発熱抵抗体３の内側の温度分布は発熱抵抗体３から平板基板１６への放熱の影響を受けない。したがって、発熱抵抗体３から平板基板１６への放熱量を減らす為にダイアフラム２の支持部を狭くする必要が無く、ダイアフラム２の支持部の強度を向上させることができる。このことから、自動車の様な振動の大きい環境で使用してもダイアフラム２の支持部の破損を防ぐことができ、信頼度の高い湿度センサを提供することができる。
【００２０】
また、本参考例では湿度に応じた出力を温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路の出力電圧から得るので、自動車応用で良く使用されるレシオメトリック特性（出力電圧が電源電圧に比例する特性）が容易に得られる。
【００２１】
また、湿度に応じた出力を温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路から得ることで、従来例に比べて抵抗体の抵抗変動に対して特性変動を小さく抑えることができる。これは、従来例の様に発熱抵抗体の発熱量を求める方法では発熱抵抗体の抵抗値が変化するとセンサ出力に直接影響するが、本参考例の様にブリッジ回路の出力電圧で湿度に応じた信号を得る場合、全てのブリッジ抵抗が同様に変化すると仮定できる場合、センサ特性への影響は小さいからである。
【００２２】
次に、本熱式湿度センサの駆動回路を図４により説明する。本駆動回路は発熱抵抗体３を駆動するトランジスタ１７と、発熱抵抗体３と共にブリッジ回路を構成する固定抵抗１８、２０、２１と、発熱抵抗体３と固定抵抗１８、２０、２１で構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅してトランジスタ１７を駆動する差動増幅器１９と、温度検出抵抗体４、５、６、７により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅する差動増幅器２２により構成される。
【００２３】
本熱式湿度センサの発熱抵抗体３と固定抵抗１８、２０、２１で構成されるブリッジ回路の出力電圧は発熱抵抗体３の温度が変化すると発熱抵抗体３の抵抗値が変化するので発熱抵抗体３の温度に応じて変化する。従って、発熱抵抗体３と固定抵抗１８、２０、２１で構成されるブリッジ回路の出力電圧から発熱抵抗体３の温度を検出し、発熱抵抗体３の温度が一定になる様にトランジスタ１７を制御して発熱抵抗体３に流す電流を制御する（温度制御手段）。
【００２４】
なお、固定抵抗１８、２０、２１に適当な温度係数を設けたり、発熱抵抗体３に並列あるいは直列に固定抵抗を接続することにより、周囲温度の変化に応じて発熱抵抗体３の温度を変化させることで、本熱式湿度センサの感度を変化させて本熱式湿度センサの温度特性を改善することもできる。
【００２５】
次に、本発明の第２の参考例である熱式湿度センサを図５、６により説明する。なお、図５は第２の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図、図６は第２の参考例の熱式湿度センサの駆動回路である。
【００２６】
まず、本熱式湿度センサの検出素子２３の構成を図５により説明する。なお、検出素子２３の断面構造は第１の参考例で示した検出素子１と同様にシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板に絶縁膜を形成し、平板基板を裏面からエッチングすることで絶縁膜の下部に空間を形成し、平板基板にダイアフラム２４を形成したものである。
【００２７】
ダイアフラム２４には、所定の温度に加熱されるループ状の発熱体である発熱抵抗体２６と、発熱抵抗体２６の傍に配置され発熱抵抗体２６の温度に応じて抵抗値の変化する発熱体温度検出抵抗体２７と、発熱抵抗体２６に囲まれた内側に配置された温度検出抵抗体（温度センサ）２８と、ダイアフラム２４の外側の平板基板上に配置され周囲温度に応じて抵抗値の変化する周囲温度検出抵抗体（周囲温度センサ）２５が形成される。
【００２８】
発熱抵抗体２６は、温度検出抵抗体２８の周りを取り囲むように、矩形状に連続して配置された４本の直線状部分２６ａ〜２６ｄからなり、直線状部分２６ａと２６ｃが設けられている位置、および、直線状部分２６ｂと２６ｄが設けられている位置が、それぞれ、温度センサを間に介在させて互いに対向する２つの発熱位置となる。
【００２９】
なお、発熱抵抗体２６は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱する。また、発熱体温度検出抵抗体２７、温度検出抵抗体２８、周囲温度検出抵抗体２５もポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、これらの抵抗値は温度により変化する。
【００３０】
また、発熱抵抗体２６は接続端子３１、３４を介して外部に電気的に接続され、発熱体温度検出抵抗体２７は接続端子３２、３３を介して外部に電気的に接続され、温度検出抵抗体２８は接続端子３５、３６を介して外部に電気的に接続され、周囲温度検出抵抗体２５は接続端子２９、３０を介して外部に電気的に接続される。
【００３１】
次に、本熱式湿度センサの駆動回路を図６により説明する。本駆動回路は発熱抵抗体２６を駆動するトランジスタ３７と、発熱体温度検出抵抗体２７と周囲温度検出抵抗体２５と固定抵抗３９、４０により構成されるブリッジ回路と、発熱体温度検出抵抗体２７と周囲温度検出抵抗体２５と固定抵抗３９、４０により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅してトランジスタ３７を駆動する差動増幅器３８と、発熱体温度検出抵抗体２７と温度検出抵抗体２８と固定抵抗４０、４１により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅する差動増幅器４２により構成される。
【００３２】
本熱式湿度センサの駆動回路では、発熱体温度検出抵抗体２７と周囲温度検出抵抗体２５と固定抵抗３９、４０により構成されるブリッジ回路の出力電圧から発熱抵抗体２６の温度と周囲温度との温度差を検出し、発熱抵抗体２６の温度が周囲温度と一定の温度差になる様にトランジスタ３７を制御して発熱抵抗体２６へ流す電流を制御する（温度制御手段）。
【００３３】
なお、固定抵抗３９、４０に適当な温度係数を設けたり、発熱体温度検出抵抗体２７に並列あるいは直列に固定抵抗を接続することにより、周囲温度の変化に応じて発熱抵抗体２６の加熱温度を変化させることで、本熱式湿度センサの感度を変化させて本熱式湿度センサの温度特性を改善することも本駆動回路では可能である。
【００３４】
また、固定抵抗３９、４０を周囲温度検出抵抗体２５と同様に平板基板上に配置しても本駆動回路は正常に動作する。また、発熱部から空気への放熱量は空気の温度と発熱部の温度に比例するので本駆動回路の様に周囲温度と発熱抵抗体２６の温度差を一定にすることで良好な温度特性を得ることができる。
【００３５】
また、本熱式湿度センサの駆動回路では発熱体温度検出抵抗体２７と温度検出抵抗体２８と固定抵抗４０、４１により構成されるブリッジ回路の出力電圧から発熱抵抗体２６の温度と温度検出抵抗体２８の温度との差を検出することで湿度に応じた信号を得る。
【００３６】
これは、本参考例の湿度センサにおいても、第１の参考例の湿度センサと同様に、湿度に応じて発熱抵抗体２６に囲まれた内側の温度分布が変化するので、この温度分布の変化を温度検出抵抗体２８の温度と発熱体温度検出抵抗体２７の温度を発熱体温度検出抵抗体２７と温度検出抵抗体２８と固定抵抗４０、４１により構成されるブリッジ回路で検出することができる。
【００３７】
本参考例の湿度センサでも発熱抵抗体２６の配置された場所（中間位置）の温度は一定に保たれるので、発熱抵抗体２６の内側の温度分布（発熱抵抗体２６によって囲まれる領域の温度分布）は、空気への放熱のみで決まる。つまり、発熱抵抗体２６の内側の温度分布は、発熱抵抗体２６から平板基板への放熱の影響を受けない。
【００３８】
したがって、発熱抵抗体２６から平板基板への放熱量を減らす為にダイアフラム２４の支持部を狭くする必要が無く、ダイアフラム２４の支持部の強度を強くすることができる。このことから自動車の様な振動の大きい環境で使用してもダイアフラム２４の支持部の破損を防ぐことができ、信頼度の高い湿度センサを提供することができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の参考例である熱式湿度センサを図７により説明する。なお、図７は第３の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００４０】
まず、本熱式湿度センサの検出素子４３の構成を図７により説明する。なお、検出素子４３の断面構造は、第１の参考例で示した検出素子１と同様にシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板に絶縁膜を形成し、平板基板を裏面からエッチングすることで絶縁膜の下部に空間を形成し、平板基板にダイアフラム４６を形成したものである。
【００４１】
ダイアフラム４６には、所定の温度に加熱される発熱抵抗体４７、５２と、発熱抵抗体４７、５２に挟まれた内側に配置された温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１が形成されており、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１はブリッジ回路を構成している。発熱抵抗体４７、５２は、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１を間に介在させて対をなし、互いに平行に延在するように設けられている。そして、互いに離間する距離よりも、平行に延在する長さの方が長くなるように設けられている。
【００４２】
なお、発熱抵抗体４７、５２は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱する。また、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１もポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、これらの抵抗体の抵抗値は温度により変化する。
【００４３】
また、発熱抵抗体４７は接続端子５３、５４を介して外部に電気的に接続され、発熱抵抗体５２は接続端子５７、５８を介して外部に電気的に接続され、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１により構成されるブリッジ回路も接続端子５５、５６、４４、４５を介して外部に電気的に接続される。
【００４４】
次に、本熱式湿度センサの基本動作を説明する。本湿度センサでは発熱抵抗体４７、５２を所定の温度に加熱する。発熱抵抗体４７、５２を所定の温度に加熱すると、図７のＡ−Ａ’線断面における温度分布は第１の参考例で説明した図３の様になる。つまり、発熱抵抗体４７、５２の配置された場所（発熱位置）の温度は一定に保たれ、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた内側の温度は空気への放熱によって温度低下が生じ、図３に示す様な温度分布が生じる。
【００４５】
また、空気への放熱は空気中の湿度の量に応じて変化するので、この温度分布の変化を温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１によって検出することで湿度に応じた信号を取り出すことができる。
【００４６】
なお、本参考例では図７に示す左右２方向のみに発熱体４７、５２を配置した。したがって、発熱体４７、５２の間隔に対して、ダイアフラム４６の図７での上下方向の長さを長くし、図７の上下方向への放熱が温度分布に影響を与えない様にした。温度分布の計測は、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１の配置された４箇所の温度の温度差を温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１で構成したブリッジ回路で検出する。
【００４７】
ここで、温度検出抵抗体４８、５１は発熱抵抗体４７、５２の近傍に配置し、温度検出抵抗体４９、５０は発熱抵抗体４７、５２で挟まれた部分の中央付近に配置して、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた部分の温度分布の変化に応じて温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１で構成したブリッジ回路の出力電圧が変化する様にした。
【００４８】
本参考例でも発熱抵抗体４７、５２の配置された場所の温度は一定に保たれるので、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた内側の温度分布は空気への放熱のみで決まる。つまり、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた内側の温度分布は、発熱抵抗体４７、５２から平板基板への放熱の影響を受けない。
【００４９】
したがって、発熱抵抗体４７、５２から平板基板への放熱量を減らす為にダイアフラム４６の支持部を狭くする必要が無く、ダイアフラム４６の支持部の強度を向上させることができる。
【００５０】
このことから、自動車の様な振動の大きい環境で使用してもダイアフラム４６の支持部の破損を防ぐことができ、信頼度の高い湿度センサを提供することができる。なお、本参考例では、図７に示す左右２方向のみに発熱体４７、５２を配置したので、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１で構成したブリッジ回路からの配線を図７の上下方向両側に引き出すことができ、ダイアフラム４６上の配線を容易にできる。
【００５１】
次に、本発明の第４の参考例である熱式湿度センサを図８により説明する。なお、図８は第４の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００５２】
まず、本熱式湿度センサの検出素子５９の構成を図８により説明する。なお、検出素子５９の断面構造は、第１の参考例で示した検出素子１と同様にシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板に絶縁膜を形成し、平板基板を裏面からエッチングすることで絶縁膜の下部に空間を形成し、平板基板にダイアフラム６１を形成したものである。
【００５３】
ダイアフラム６１には所定の温度に加熱される発熱抵抗体６２、６６と、発熱抵抗体６２、６６に挟まれた内側に配置された熱電対群６３、６４、６５が形成されている。発熱抵抗体６２、６６は、それぞれ略コ字形を有しており、熱電対群６３、６４、６５の周りを取り囲むように、互いに向き合って配置されている。
【００５４】
なお、発熱抵抗体６２、６６は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱する。また、熱電対群６３、６４、６５は、ポリシリコンと金属（例えば白金、ニッケル合金、モリブデン）とで作られており、温度差により出力電圧が変化する。
【００５５】
なお、熱電対群６３、６４、６５は感度を上げる為に複数の熱電対を直列に接続した。また、発熱抵抗体６２は接続端子６７、６８を介して外部に電気的に接続され、発熱抵抗体６６は接続端子７０、７１を介して外部に電気的に接続され、熱電対群６３、６４、６５は接続端子６０、６９を介して外部に電気的に接続される。
【００５６】
次に、本熱式湿度センサの基本動作を説明する。本湿度センサでは発熱抵抗体６２、６６を所定の温度に加熱する。発熱抵抗体６２、６６を所定の温度に加熱すると、図８のＡ−Ａ’線断面における温度分布は第１の参考例で説明した図３の様になる。つまり、発熱抵抗体６２、６６の配置された場所（発熱位置）の温度は一定に保たれ、発熱抵抗体６２、６６で挟まれた内側の温度は空気への放熱によって温度低下が生じ、図３に示す様な温度分布が生じる。
【００５７】
また、空気への放熱は空気中の湿度の量に応じて変化するので、この温度分布の変化を熱電対群６３、６４、６５によって検出することで、湿度に応じた信号を取り出すことができる。なお、本参考例では熱電対群６３、６４、６５によって温度分布を検出するので、温度検出抵抗を使用するのに比べて自己発熱を低減することができ、より高精度に湿度を検出することができる。
【００５８】
次に、本発明の第１の実施例である熱式湿度センサを図９により説明する。なお、図９は第１の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００５９】
まず、本熱式湿度センサの検出素子７２の構成を図９により説明する。なお、検出素子７２の図９の下側に配置した湿度検出部は第１の参考例と同一である。本実施例では図９の上側に熱式空気流量検出部を配置した。本実施例の熱式空気流量検出部は湿度検出部と同一のダイアフラム７９に配置することでチップサイズの小型を図った。
【００６０】
本実施例の空気流量検出部は発熱抵抗体８１と、発熱抵抗体８１の両側に配置した温度検出抵抗体８０、８２（上流側温度検出抵抗体と下流側温度検出抵抗体）と、接続端子７３、７４、７５、７６、７７、７８により構成される。本実施例の空気流量検出部は湿度検出部と同一の断面構造で構成できるので、製造プロセスを変更すること無しに、同一のダイアフラム７９に配置することが可能である。熱式空気流量計の従来例には特開２００８−２８９６号公報に示された技術などがある。なお、本実施例では、温度検出抵抗体８０を上流側温度検出抵抗体とし、温度検出抵抗体８２を下流側温度検出抵抗体として説明したが、これに限定されず、空気の流れに対する検出素子７２の配置の向きによって例えば逆になる場合もある。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施例である熱式湿度センサを図１０により説明する。なお、図１０は第２の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００６２】
まず、本熱式湿度センサの検出素子８９の構成を図１０により説明する。なお、検出素子８９の湿度検出部は第１の参考例と同一である。本実施例では発熱抵抗体３の両側に温度検出抵抗体８３、８４（上流側温度検出抵抗体と下流側温度検出抵抗体）と、接続端子８５、８６、８７、８８を追加して、発熱抵抗体３の両側の温度差を検出することで空気流量に応じた信号を得るものである。熱式空気流量計の従来例には特開２００８−２８９６号公報に示された技術などがある。なお、本実施例では、温度検出抵抗体８３を上流側温度検出抵抗体とし、温度検出抵抗体８４を下流側温度検出抵抗体として説明したが、これに限定されず、空気の流れに対する検出素子８９の配置の向きによって例えば逆になる場合もある。
【００６３】
また、ここで得られる空気流量に応じた信号は湿度センサの出力信号を補正する為に使用できる。熱式湿度センサでは検出素子８９上を流れる空気流が誤差要因となる。これは発熱体から空気へ放熱される熱量が空気流よって変化するからである。この影響を取り除くために本実施例の湿度センサでは発熱抵抗体３の両側に温度検出抵抗体８３、８４を設けて空気流量を計測し、この信号を基に補正可能とした。なお、本検出素子８９で得られた空気流量の計測信号はそのまま空気流量信号としても利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１‥検出素子、２‥ダイアフラム、３‥発熱抵抗体（発熱体）、４‥温度検出抵抗体、
５‥温度検出抵抗体、６‥温度検出抵抗体、７‥温度検出抵抗体、８‥接続端子、
９‥接続端子、１０‥接続端子、１１‥接続端子、１２‥接続端子、１３‥接続端子、
１４‥絶縁膜、１５‥絶縁膜、１６‥平板基板、１７‥トランジスタ、
１８‥固定抵抗、１９‥差動増幅器、２０‥固定抵抗、２１‥固定抵抗、
２２‥差動増幅器、２３‥検出素子、２４‥ダイアフラム、
２５‥周囲温度検出抵抗体、２６‥発熱抵抗体（発熱体）、２７‥発熱体温度検出抵抗体、２８‥温度検出抵抗体、２９‥接続端子、３０‥接続端子、３１‥接続端子、
３２‥接続端子、３３‥接続端子、３４‥接続端子、３５‥接続端子、
３６‥接続端子、３７‥トランジスタ、３８‥差動増幅器、３９‥固定抵抗、
４０‥固定抵抗、４１‥固定抵抗、４２‥差動増幅器、４３‥検出素子、
４４‥接続端子、４５‥接続端子、４６‥ダイアフラム、４７‥発熱抵抗体（発熱体）、
４８‥温度検出抵抗体、４９‥温度検出抵抗体、５０‥温度検出抵抗体、
５１‥温度検出抵抗体、５２‥発熱抵抗体（発熱体）、５３‥接続端子、５４‥接続端子、５５‥接続端子、５６‥接続端子、５７‥接続端子、５８‥接続端子、
５９‥検出素子、６０‥接続端子、６１‥ダイアフラム、６２‥発熱抵抗体（発熱体）、
６３‥熱電対群、６４‥熱電対群、６５‥熱電対群、６６‥発熱抵抗体（発熱体）、
６７‥接続端子、６８‥接続端子、６９‥接続端子、７０‥接続端子、
７１‥接続端子、７２‥検出素子、７３‥接続端子、７４‥接続端子、
７５‥接続端子、７６‥接続端子、７７‥接続端子、７８‥接続端子、
７９‥ダイアフラム、８０‥上流側温度検出抵抗体、８１‥発熱抵抗体（発熱体）、
８２‥下流側温度検出抵抗体、８３‥上流側温度検出抵抗体、８４‥下流側温度検出抵抗体
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱式湿度センサに係り、例えば自動車のような振動の多い環境で使用される熱式湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
湿度センサとして、空気中の水蒸気量によって高温体からの放熱量が変化することを利用した熱式湿度センサがある（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１８４５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、熱式湿度センサは、発熱体から空気へ放出される熱量が空気流によって変化するので、センサ上を流れる空気流が湿度計測の誤差要因となり、湿度の計測精度を向上させることが困難であるという課題がある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、湿度計測の精度を向上させることができる熱式湿度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決する本発明の熱式湿度センサは、温度センサと、温度センサの出力に基づいて湿度に応じた信号を出力する湿度検出手段と、温度センサの周囲を流れる空気流量を計測する空気流量計測手段と、空気流量計測手段により計測した空気流量を基に、湿度検出手段の出力信号を補正する補正手段とを有することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、温度センサの周囲を流れる空気流量を計測して、その空気流量に基づいて湿度検出手段の出力信号を補正するので、湿度計測の誤差要因となる空気流による影響を取り除くことができ、湿度計測の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線断面図。
【図３】図１のＡ−Ａ’線断面における温度分布図。
【図４】第１の参考例の熱式湿度センサの駆動回路。
【図５】第２の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図６】第２の参考例の熱式湿度センサの駆動回路図。
【図７】第３の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図８】第４の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図９】第１の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【図１０】第２の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の前提として、第１の参考例である熱式湿度センサを図１、２、３、４により説明する。なお、図１は第１の参考例の熱式湿度センサの検出素子１の平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線断面図、図３は図１のＡ−Ａ’線断面における温度分布図、図４は第１の参考例の熱式湿度センサの駆動回路図である。
【０００９】
まず、本熱式湿度センサの検出素子１の構成を図１、２により説明する。検出素子１はシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板１６に絶縁膜１４、１５を形成し、平板基板１６を裏面からエッチングすることで絶縁膜１４、１５の下部に空間を形成し、平板基板１６にダイアフラム２を形成する。ダイアフラム２は絶縁膜１４、１５で構成される薄膜の架橋構造体であり、絶縁膜１４、１５の熱伝導率が小さいことからダイアフラム２は熱絶縁部として機能する。
【００１０】
ダイアフラム２には、所定の温度に加熱されるループ状の発熱体である発熱抵抗体３と、発熱抵抗体３に囲まれた内側に温度センサとして温度検出抵抗体４、５、６、７が形成されている。発熱抵抗体３は、温度検出抵抗体４、５、６、７の周りを取り囲むように、矩形状に連続して配置された４本の直線状部分３ａ〜３ｄからなり、直線状部分３ａと３ｃが設けられている位置、および、直線状部分３ｂと３ｄが設けられている位置が、それぞれ、温度センサを間に介在させて互いに対向する２つの発熱位置となる。
【００１１】
なお、発熱抵抗体３は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱すると共に抵抗体の温度に応じて抵抗体自体の温度が変化する。
【００１２】
また、温度検出抵抗体４、５、６、７もポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、これらの温度検出抵抗体４、５、６、７の抵抗値が温度により変化することを利用して、温度検出抵抗体４、５、６、７の配置された場所（中間位置）の温度を検出する。
【００１３】
温度検出抵抗体４、５、６、７はブリッジ回路（温度検出手段）を構成しており、発熱抵抗体３の内側で発熱抵抗体３の近傍の温度と発熱抵抗体３の内側の中央部の温度との温度差を検出できるようにしている。ここでは、一方の温度センサである温度検出抵抗体４、７を、他方の温度センサである温度検出抵抗体５、６よりも、発熱抵抗体３の直線状部分３ｂ、３ｄに近づけて配置している。
【００１４】
また、発熱抵抗体３は接続端子８、１３を介して外部に電気的に接続され、温度検出抵抗体４、５、６、７で構成されるブリッジ回路は接続端子９、１０、１１、１２を介して外部に電気的に接続される。
【００１５】
次に、本参考例の湿度センサの基本動作について説明する。本湿度センサでは発熱抵抗体３を所定の温度に加熱する。加熱温度は高い程、湿度に対する感度は高くなるが、発熱抵抗体３が劣化するので３００〜５００℃が適当である。
【００１６】
発熱抵抗体３を所定の温度に加熱すると、図１のＡ−Ａ’線断面における温度分布は図３の様になる。つまり、発熱抵抗体３の配置された場所（発熱位置）の温度は一定に保たれ、発熱抵抗体３で囲まれた内側の温度は空気への放熱によって温度低下が生じ、図３に示す様な温度分布が生じる。
【００１７】
また、空気への放熱は空気中の湿度の量に応じて変化するので、この温度分布の変化を温度検出抵抗体４、５、６、７によって検出することで湿度に応じた信号を取り出すことができる。なお、温度分布の計測は温度検出抵抗体４、５、６、７の配置された４箇所の温度の温度差を温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路で検出する。
【００１８】
ここで、温度検出抵抗体４、７は発熱抵抗体３の近傍に配置し、温度検出抵抗体５、６は発熱抵抗体３で囲まれた部分の中央付近に配置して、発熱抵抗体３で囲まれた部分の温度分布の変化に応じて温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路の出力電圧が変化する様にした。
【００１９】
本参考例では、発熱抵抗体３の配置された場所の温度は一定に保たれるので発熱抵抗体３の内側の温度分布は空気への放熱のみで決まる。つまり、発熱抵抗体３の内側の温度分布は発熱抵抗体３から平板基板１６への放熱の影響を受けない。したがって、発熱抵抗体３から平板基板１６への放熱量を減らす為にダイアフラム２の支持部を狭くする必要が無く、ダイアフラム２の支持部の強度を向上させることができる。このことから、自動車の様な振動の大きい環境で使用してもダイアフラム２の支持部の破損を防ぐことができ、信頼度の高い湿度センサを提供することができる。
【００２０】
また、本参考例では湿度に応じた出力を温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路の出力電圧から得るので、自動車応用で良く使用されるレシオメトリック特性（出力電圧が電源電圧に比例する特性）が容易に得られる。
【００２１】
また、湿度に応じた出力を温度検出抵抗体４、５、６、７で構成したブリッジ回路から得ることで、従来例に比べて抵抗体の抵抗変動に対して特性変動を小さく抑えることができる。これは、従来例の様に発熱抵抗体の発熱量を求める方法では発熱抵抗体の抵抗値が変化するとセンサ出力に直接影響するが、本参考例の様にブリッジ回路の出力電圧で湿度に応じた信号を得る場合、全てのブリッジ抵抗が同様に変化すると仮定できる場合、センサ特性への影響は小さいからである。
【００２２】
次に、本熱式湿度センサの駆動回路を図４により説明する。本駆動回路は発熱抵抗体３を駆動するトランジスタ１７と、発熱抵抗体３と共にブリッジ回路を構成する固定抵抗１８、２０、２１と、発熱抵抗体３と固定抵抗１８、２０、２１で構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅してトランジスタ１７を駆動する差動増幅器１９と、温度検出抵抗体４、５、６、７により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅する差動増幅器２２により構成される。
【００２３】
本熱式湿度センサの発熱抵抗体３と固定抵抗１８、２０、２１で構成されるブリッジ回路の出力電圧は発熱抵抗体３の温度が変化すると発熱抵抗体３の抵抗値が変化するので発熱抵抗体３の温度に応じて変化する。従って、発熱抵抗体３と固定抵抗１８、２０、２１で構成されるブリッジ回路の出力電圧から発熱抵抗体３の温度を検出し、発熱抵抗体３の温度が一定になる様にトランジスタ１７を制御して発熱抵抗体３に流す電流を制御する（温度制御手段）。
【００２４】
なお、固定抵抗１８、２０、２１に適当な温度係数を設けたり、発熱抵抗体３に並列あるいは直列に固定抵抗を接続することにより、周囲温度の変化に応じて発熱抵抗体３の温度を変化させることで、本熱式湿度センサの感度を変化させて本熱式湿度センサの温度特性を改善することもできる。
【００２５】
次に、本発明の第２の参考例である熱式湿度センサを図５、６により説明する。なお、図５は第２の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図、図６は第２の参考例の熱式湿度センサの駆動回路である。
【００２６】
まず、本熱式湿度センサの検出素子２３の構成を図５により説明する。なお、検出素子２３の断面構造は第１の参考例で示した検出素子１と同様にシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板に絶縁膜を形成し、平板基板を裏面からエッチングすることで絶縁膜の下部に空間を形成し、平板基板にダイアフラム２４を形成したものである。
【００２７】
ダイアフラム２４には、所定の温度に加熱されるループ状の発熱体である発熱抵抗体２６と、発熱抵抗体２６の傍に配置され発熱抵抗体２６の温度に応じて抵抗値の変化する発熱体温度検出抵抗体２７と、発熱抵抗体２６に囲まれた内側に配置された温度検出抵抗体（温度センサ）２８と、ダイアフラム２４の外側の平板基板上に配置され周囲温度に応じて抵抗値の変化する周囲温度検出抵抗体（周囲温度センサ）２５が形成される。
【００２８】
発熱抵抗体２６は、温度検出抵抗体２８の周りを取り囲むように、矩形状に連続して配置された４本の直線状部分２６ａ〜２６ｄからなり、直線状部分２６ａと２６ｃが設けられている位置、および、直線状部分２６ｂと２６ｄが設けられている位置が、それぞれ、温度センサを間に介在させて互いに対向する２つの発熱位置となる。
【００２９】
なお、発熱抵抗体２６は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱する。また、発熱体温度検出抵抗体２７、温度検出抵抗体２８、周囲温度検出抵抗体２５もポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、これらの抵抗値は温度により変化する。
【００３０】
また、発熱抵抗体２６は接続端子３１、３４を介して外部に電気的に接続され、発熱体温度検出抵抗体２７は接続端子３２、３３を介して外部に電気的に接続され、温度検出抵抗体２８は接続端子３５、３６を介して外部に電気的に接続され、周囲温度検出抵抗体２５は接続端子２９、３０を介して外部に電気的に接続される。
【００３１】
次に、本熱式湿度センサの駆動回路を図６により説明する。本駆動回路は発熱抵抗体２６を駆動するトランジスタ３７と、発熱体温度検出抵抗体２７と周囲温度検出抵抗体２５と固定抵抗３９、４０により構成されるブリッジ回路と、発熱体温度検出抵抗体２７と周囲温度検出抵抗体２５と固定抵抗３９、４０により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅してトランジスタ３７を駆動する差動増幅器３８と、発熱体温度検出抵抗体２７と温度検出抵抗体２８と固定抵抗４０、４１により構成されるブリッジ回路の出力電圧を増幅する差動増幅器４２により構成される。
【００３２】
本熱式湿度センサの駆動回路では、発熱体温度検出抵抗体２７と周囲温度検出抵抗体２５と固定抵抗３９、４０により構成されるブリッジ回路の出力電圧から発熱抵抗体２６の温度と周囲温度との温度差を検出し、発熱抵抗体２６の温度が周囲温度と一定の温度差になる様にトランジスタ３７を制御して発熱抵抗体２６へ流す電流を制御する（温度制御手段）。
【００３３】
なお、固定抵抗３９、４０に適当な温度係数を設けたり、発熱体温度検出抵抗体２７に並列あるいは直列に固定抵抗を接続することにより、周囲温度の変化に応じて発熱抵抗体２６の加熱温度を変化させることで、本熱式湿度センサの感度を変化させて本熱式湿度センサの温度特性を改善することも本駆動回路では可能である。
【００３４】
また、固定抵抗３９、４０を周囲温度検出抵抗体２５と同様に平板基板上に配置しても本駆動回路は正常に動作する。また、発熱部から空気への放熱量は空気の温度と発熱部の温度に比例するので本駆動回路の様に周囲温度と発熱抵抗体２６の温度差を一定にすることで良好な温度特性を得ることができる。
【００３５】
また、本熱式湿度センサの駆動回路では発熱体温度検出抵抗体２７と温度検出抵抗体２８と固定抵抗４０、４１により構成されるブリッジ回路の出力電圧から発熱抵抗体２６の温度と温度検出抵抗体２８の温度との差を検出することで湿度に応じた信号を得る。
【００３６】
これは、本参考例の湿度センサにおいても、第１の参考例の湿度センサと同様に、湿度に応じて発熱抵抗体２６に囲まれた内側の温度分布が変化するので、この温度分布の変化を温度検出抵抗体２８の温度と発熱体温度検出抵抗体２７の温度を発熱体温度検出抵抗体２７と温度検出抵抗体２８と固定抵抗４０、４１により構成されるブリッジ回路で検出することができる。
【００３７】
本参考例の湿度センサでも発熱抵抗体２６の配置された場所（中間位置）の温度は一定に保たれるので、発熱抵抗体２６の内側の温度分布（発熱抵抗体２６によって囲まれる領域の温度分布）は、空気への放熱のみで決まる。つまり、発熱抵抗体２６の内側の温度分布は、発熱抵抗体２６から平板基板への放熱の影響を受けない。
【００３８】
したがって、発熱抵抗体２６から平板基板への放熱量を減らす為にダイアフラム２４の支持部を狭くする必要が無く、ダイアフラム２４の支持部の強度を強くすることができる。このことから自動車の様な振動の大きい環境で使用してもダイアフラム２４の支持部の破損を防ぐことができ、信頼度の高い湿度センサを提供することができる。
【００３９】
次に、本発明の第３の参考例である熱式湿度センサを図７により説明する。なお、図７は第３の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００４０】
まず、本熱式湿度センサの検出素子４３の構成を図７により説明する。なお、検出素子４３の断面構造は、第１の参考例で示した検出素子１と同様にシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板に絶縁膜を形成し、平板基板を裏面からエッチングすることで絶縁膜の下部に空間を形成し、平板基板にダイアフラム４６を形成したものである。
【００４１】
ダイアフラム４６には、所定の温度に加熱される発熱抵抗体４７、５２と、発熱抵抗体４７、５２に挟まれた内側に配置された温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１が形成されており、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１はブリッジ回路を構成している。発熱抵抗体４７、５２は、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１を間に介在させて対をなし、互いに平行に延在するように設けられている。そして、互いに離間する距離よりも、平行に延在する長さの方が長くなるように設けられている。
【００４２】
なお、発熱抵抗体４７、５２は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱する。また、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１もポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、これらの抵抗体の抵抗値は温度により変化する。
【００４３】
また、発熱抵抗体４７は接続端子５３、５４を介して外部に電気的に接続され、発熱抵抗体５２は接続端子５７、５８を介して外部に電気的に接続され、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１により構成されるブリッジ回路も接続端子５５、５６、４４、４５を介して外部に電気的に接続される。
【００４４】
次に、本熱式湿度センサの基本動作を説明する。本湿度センサでは発熱抵抗体４７、５２を所定の温度に加熱する。発熱抵抗体４７、５２を所定の温度に加熱すると、図７のＡ−Ａ’線断面における温度分布は第１の参考例で説明した図３の様になる。つまり、発熱抵抗体４７、５２の配置された場所（発熱位置）の温度は一定に保たれ、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた内側の温度は空気への放熱によって温度低下が生じ、図３に示す様な温度分布が生じる。
【００４５】
また、空気への放熱は空気中の湿度の量に応じて変化するので、この温度分布の変化を温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１によって検出することで湿度に応じた信号を取り出すことができる。
【００４６】
なお、本参考例では図７に示す左右２方向のみに発熱体４７、５２を配置した。したがって、発熱体４７、５２の間隔に対して、ダイアフラム４６の図７での上下方向の長さを長くし、図７の上下方向への放熱が温度分布に影響を与えない様にした。温度分布の計測は、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１の配置された４箇所の温度の温度差を温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１で構成したブリッジ回路で検出する。
【００４７】
ここで、温度検出抵抗体４８、５１は発熱抵抗体４７、５２の近傍に配置し、温度検出抵抗体４９、５０は発熱抵抗体４７、５２で挟まれた部分の中央付近に配置して、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた部分の温度分布の変化に応じて温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１で構成したブリッジ回路の出力電圧が変化する様にした。
【００４８】
本参考例でも発熱抵抗体４７、５２の配置された場所の温度は一定に保たれるので、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた内側の温度分布は空気への放熱のみで決まる。つまり、発熱抵抗体４７、５２で挟まれた内側の温度分布は、発熱抵抗体４７、５２から平板基板への放熱の影響を受けない。
【００４９】
したがって、発熱抵抗体４７、５２から平板基板への放熱量を減らす為にダイアフラム４６の支持部を狭くする必要が無く、ダイアフラム４６の支持部の強度を向上させることができる。
【００５０】
このことから、自動車の様な振動の大きい環境で使用してもダイアフラム４６の支持部の破損を防ぐことができ、信頼度の高い湿度センサを提供することができる。なお、本参考例では、図７に示す左右２方向のみに発熱体４７、５２を配置したので、温度検出抵抗体４８、４９、５０、５１で構成したブリッジ回路からの配線を図７の上下方向両側に引き出すことができ、ダイアフラム４６上の配線を容易にできる。
【００５１】
次に、本発明の第４の参考例である熱式湿度センサを図８により説明する。なお、図８は第４の参考例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００５２】
まず、本熱式湿度センサの検出素子５９の構成を図８により説明する。なお、検出素子５９の断面構造は、第１の参考例で示した検出素子１と同様にシリコンやセラミック等の熱伝導率の良い材料で構成される平板基板に絶縁膜を形成し、平板基板を裏面からエッチングすることで絶縁膜の下部に空間を形成し、平板基板にダイアフラム６１を形成したものである。
【００５３】
ダイアフラム６１には所定の温度に加熱される発熱抵抗体６２、６６と、発熱抵抗体６２、６６に挟まれた内側に配置された熱電対群６３、６４、６５が形成されている。発熱抵抗体６２、６６は、それぞれ略コ字形を有しており、熱電対群６３、６４、６５の周りを取り囲むように、互いに向き合って配置されている。
【００５４】
なお、発熱抵抗体６２、６６は、ポリシリコン薄膜、白金薄膜、ニッケル合金薄膜、モリブデン薄膜などで作られた抵抗体であり、電流を流すことで発熱する。また、熱電対群６３、６４、６５は、ポリシリコンと金属（例えば白金、ニッケル合金、モリブデン）とで作られており、温度差により出力電圧が変化する。
【００５５】
なお、熱電対群６３、６４、６５は感度を上げる為に複数の熱電対を直列に接続した。また、発熱抵抗体６２は接続端子６７、６８を介して外部に電気的に接続され、発熱抵抗体６６は接続端子７０、７１を介して外部に電気的に接続され、熱電対群６３、６４、６５は接続端子６０、６９を介して外部に電気的に接続される。
【００５６】
次に、本熱式湿度センサの基本動作を説明する。本湿度センサでは発熱抵抗体６２、６６を所定の温度に加熱する。発熱抵抗体６２、６６を所定の温度に加熱すると、図８のＡ−Ａ’線断面における温度分布は第１の参考例で説明した図３の様になる。つまり、発熱抵抗体６２、６６の配置された場所（発熱位置）の温度は一定に保たれ、発熱抵抗体６２、６６で挟まれた内側の温度は空気への放熱によって温度低下が生じ、図３に示す様な温度分布が生じる。
【００５７】
また、空気への放熱は空気中の湿度の量に応じて変化するので、この温度分布の変化を熱電対群６３、６４、６５によって検出することで、湿度に応じた信号を取り出すことができる。なお、本参考例では熱電対群６３、６４、６５によって温度分布を検出するので、温度検出抵抗を使用するのに比べて自己発熱を低減することができ、より高精度に湿度を検出することができる。
【００５８】
次に、本発明の第１の実施例である熱式湿度センサを図９により説明する。なお、図９は第１の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００５９】
まず、本熱式湿度センサの検出素子７２の構成を図９により説明する。なお、検出素子７２の図９の下側に配置した湿度検出部は第１の参考例と同一である。本実施例では図９の上側に熱式空気流量検出部を配置した。本実施例の熱式空気流量検出部は湿度検出部と同一のダイアフラム７９に配置することでチップサイズの小型を図った。
【００６０】
本実施例の空気流量検出部は発熱抵抗体８１と、発熱抵抗体８１の両側に配置した温度検出抵抗体８０、８２（上流側温度検出抵抗体と下流側温度検出抵抗体）と、接続端子７３、７４、７５、７６、７７、７８により構成される。本実施例の空気流量検出部は湿度検出部と同一の断面構造で構成できるので、製造プロセスを変更すること無しに、同一のダイアフラム７９に配置することが可能である。熱式空気流量計の従来例には特開２００８−２８９６号公報に示された技術などがある。なお、本実施例では、温度検出抵抗体８０を上流側温度検出抵抗体とし、温度検出抵抗体８２を下流側温度検出抵抗体として説明したが、これに限定されず、空気の流れに対する検出素子７２の配置の向きによって例えば逆になる場合もある。
【００６１】
次に、本発明の第２の実施例である熱式湿度センサを図１０により説明する。なお、図１０は第２の実施例の熱式湿度センサの検出素子の平面図である。
【００６２】
まず、本熱式湿度センサの検出素子８９の構成を図１０により説明する。なお、検出素子８９の湿度検出部は第１の参考例と同一である。本実施例では発熱抵抗体３の両側に温度検出抵抗体８３、８４（上流側温度検出抵抗体と下流側温度検出抵抗体）と、接続端子８５、８６、８７、８８を追加して、発熱抵抗体３の両側の温度差を検出することで空気流量に応じた信号を得るものである。熱式空気流量計の従来例には特開２００８−２８９６号公報に示された技術などがある。なお、本実施例では、温度検出抵抗体８３を上流側温度検出抵抗体とし、温度検出抵抗体８４を下流側温度検出抵抗体として説明したが、これに限定されず、空気の流れに対する検出素子８９の配置の向きによって例えば逆になる場合もある。
【００６３】
また、ここで得られる空気流量に応じた信号は湿度センサの出力信号を補正する為に使用できる。熱式湿度センサでは検出素子８９上を流れる空気流が誤差要因となる。これは発熱体から空気へ放熱される熱量が空気流よって変化するからである。この影響を取り除くために本実施例の湿度センサでは発熱抵抗体３の両側に温度検出抵抗体８３、８４を設けて空気流量を計測し、この信号を基に補正可能とした。なお、本検出素子８９で得られた空気流量の計測信号はそのまま空気流量信号としても利用できる。
【符号の説明】
【００６４】
１‥検出素子、２‥ダイアフラム、３‥発熱抵抗体（発熱体）、４‥温度検出抵抗体、
５‥温度検出抵抗体、６‥温度検出抵抗体、７‥温度検出抵抗体、８‥接続端子、
９‥接続端子、１０‥接続端子、１１‥接続端子、１２‥接続端子、１３‥接続端子、
１４‥絶縁膜、１５‥絶縁膜、１６‥平板基板、１７‥トランジスタ、
１８‥固定抵抗、１９‥差動増幅器、２０‥固定抵抗、２１‥固定抵抗、
２２‥差動増幅器、２３‥検出素子、２４‥ダイアフラム、
２５‥周囲温度検出抵抗体、２６‥発熱抵抗体（発熱体）、２７‥発熱体温度検出抵抗体、２８‥温度検出抵抗体、２９‥接続端子、３０‥接続端子、３１‥接続端子、
３２‥接続端子、３３‥接続端子、３４‥接続端子、３５‥接続端子、
３６‥接続端子、３７‥トランジスタ、３８‥差動増幅器、３９‥固定抵抗、
４０‥固定抵抗、４１‥固定抵抗、４２‥差動増幅器、４３‥検出素子、
４４‥接続端子、４５‥接続端子、４６‥ダイアフラム、４７‥発熱抵抗体（発熱体）、
４８‥温度検出抵抗体、４９‥温度検出抵抗体、５０‥温度検出抵抗体、
５１‥温度検出抵抗体、５２‥発熱抵抗体（発熱体）、５３‥接続端子、５４‥接続端子、５５‥接続端子、５６‥接続端子、５７‥接続端子、５８‥接続端子、
５９‥検出素子、６０‥接続端子、６１‥ダイアフラム、６２‥発熱抵抗体（発熱体）、
６３‥熱電対群、６４‥熱電対群、６５‥熱電対群、６６‥発熱抵抗体（発熱体）、
６７‥接続端子、６８‥接続端子、６９‥接続端子、７０‥接続端子、
７１‥接続端子、７２‥検出素子、７３‥接続端子、７４‥接続端子、
７５‥接続端子、７６‥接続端子、７７‥接続端子、７８‥接続端子、
７９‥ダイアフラム、８０‥上流側温度検出抵抗体、８１‥発熱抵抗体（発熱体）、
８２‥下流側温度検出抵抗体、８３‥上流側温度検出抵抗体、８４‥下流側温度検出抵抗体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサと、
該温度センサの出力に基づいて湿度に応じた信号を出力する湿度検出手段と、
該温度センサの周囲を流れる空気流量を計測する空気流量計測手段と、
該空気流量計測手段により計測した空気流量を基に、前記湿度検出手段の出力信号を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の熱式湿度センサであって、
前記空気流量計測手段は、発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の空気流れ方向上流側に設けられた上流側温度検出抵抗体と、前記発熱抵抗体の空気流れ方向下流側に設けられた下流側温度検出抵抗体と、
を有することを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の熱式湿度センサであって、
前記湿度検出手段と前記空気流量計測手段は、基板に設けられたダイアフラム上に配置されていることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の熱式湿度センサであって、
前記湿度検出手段と前記空気流量計測手段は、同一のダイアフラム上に配置されていることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項５】
請求項３に記載の熱式湿度センサであって、
前記湿度検出手段と前記空気流量計測手段は、前記空気流れ方向に対して直交する方向に互いに離れて配置されていることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項６】
請求項３に記載の熱式湿度センサであって、
前記発熱抵抗体は、前記温度センサの周りを取り囲むループ形状を有していることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項１】
温度センサと、
該温度センサの出力に基づいて湿度に応じた信号を出力する湿度検出手段と、
該温度センサの周囲を流れる空気流量を計測する空気流量計測手段と、
該空気流量計測手段により計測した空気流量を基に、前記湿度検出手段の出力信号を補正する補正手段と、
を有することを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の熱式湿度センサであって、
前記空気流量計測手段は、発熱抵抗体と、該発熱抵抗体の空気流れ方向上流側に設けられた上流側温度検出抵抗体と、前記発熱抵抗体の空気流れ方向下流側に設けられた下流側温度検出抵抗体と、
を有することを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の熱式湿度センサであって、
前記湿度検出手段と前記空気流量計測手段は、基板に設けられたダイアフラム上に配置されていることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項４】
請求項３に記載の熱式湿度センサであって、
前記湿度検出手段と前記空気流量計測手段は、同一のダイアフラム上に配置されていることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項５】
請求項３に記載の熱式湿度センサであって、
前記湿度検出手段と前記空気流量計測手段は、前記空気流れ方向に対して直交する方向に互いに離れて配置されていることを特徴とする熱式湿度センサ。
【請求項６】
請求項３に記載の熱式湿度センサであって、
前記発熱抵抗体は、前記温度センサの周りを取り囲むループ形状を有していることを特徴とする熱式湿度センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１７７７０２（Ｐ２０１２−１７７７０２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−９０６９５（Ｐ２０１２−９０６９５）
【出願日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【分割の表示】特願２００９−１９８１５９（Ｐ２００９−１９８１５９）の分割
【原出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年４月１２日（２０１２．４．１２）
【分割の表示】特願２００９−１９８１５９（Ｐ２００９−１９８１５９）の分割
【原出願日】平成２１年８月２８日（２００９．８．２８）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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