内部温度传感器 |
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| 申请号 | CN201480062132.5 | 申请日 | 2014-12-12 | 公开(公告)号 | CN105745518B | 公开(公告)日 | 2017-11-24 |
| 申请人 | 欧姆龙株式会社; | 发明人 | 中川慎也; 清水正男; 滨口刚; | ||||
| 摘要 | 本 发明 是一种能够以 精度 以及响应性良好的形式测量测量对象的内部 温度 的内部温度 传感器 。内部温度传感器(20)具有：基材(21)以及(22)，当测量对象的内部温度的测量时，使其一个面与测量对象的被测量面 接触 ；热流量传感器(30)，设于基材的另一个面上并通过MEMS工艺制造，具有 薄膜 部，该薄膜部具有第一测温部以及第二测温部，该薄膜部形成有检测第一测温部与第二测温部之间的温度差的 热电堆 (32)的薄膜部，利用热传导性构件以第一测温部与基材之间存在空间且薄膜部与基材平行的方式来 支撑 薄膜部，该热传导性构件将从测量对象经由基材流入的热量传导至第二测温部；温度传感器(41)，用于测量与基材的热传导性构件接触的部分的温度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种内部温度传感器，其特征在于，具有： |
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| 说明书全文 | 内部温度传感器技术领域[0001] 本发明涉及一种用于测量测量对象的内部温度的内部温度传感器。 背景技术[0003] 以下，使用图16，来说明非加热型深部体温计测量(计算)深部体温的基本原理。 [0004] 当利用非加热型深部体温计测量深部体温时，如图16中的(a)部分所示，将分别在面积比较大的绝热材料的上下表面安装有温度传感器的热流量传感器，紧贴于身体表面。 [0005] 此处，将深部体温标记为Tb，将与外部空气接触侧的绝热材料表面的温度标记为Ta，将与身体表面接触的绝热材料表面的温度标记为Tt，将作为非发热体的皮下组织的热阻值标记为R1，将绝热材料的热阻值标记为R2，则图16中的(a)部分所示的热电路被表示为图16中的(b)部分的电路。 [0006] 另外，当与身体表面紧贴的热流量传感器的各部分的温度稳定时，在单位时间内通过非发热体的热量与在单位时间内通过绝热材料的热量相等，所以下面的(1)式成立。 [0007] (Tb-Tt)/R1＝(Tt-Ta)/R2 (1) [0008] 因此，能够根据下面的(2)式来计算深部体温Tb。 [0009] Tb＝Tt+(Tt-Ta)·R1/R2 (2) [0010] 非加热型深部体温计根据上述原理来计算深部体温Tb。 [0011] 现有技术文献 [0012] 专利文献 [0013] 专利文献1：JP特开2002-372464号公报 [0014] 专利文献2：JP特开2012-154859号公报 [0015] 专利文献3：JP特开2007-212407号公报 发明内容[0016] 发明要解决的问题 [0017] 非加热型深部体温计与应用了热流补偿法的深部体温测量装置相比，更加小型、价格低、消耗电流低。但是，现有的非加热型深部体温计使用隔着绝热材料的两个温度传感器来测量温度差，根据温度传感器的精度，绝热材料的绝热性必需要大到一定程度，产生的温度差才能够达到可以利用两个温度传感器以一定程度的精度测量出来的水平。因此，在非加热型深部体温计中使用热容量很大的绝热材料，其结果就是，为了利用非加热型深部体温计得到深部体温的稳定的测量结果，最短也需要5分钟左右的时间。另外，由于绝热性很大的绝热材料会扰乱热流，所以非加热型深部体温计的测量精度并不那么高。 [0018] 本发明是鉴于上述现状而提出的，其课题在于，提供一种能够以精度以及响应性更优良的方式来测量测量对象的内部温度的内部温度传感器。 [0019] 用于解决问题的手段 [0020] 为了解决上述问题，本发明的内部温度传感器具有：基材，当测量测量对象的内部温度时，使其一个面与测量对象的表面接触；热流量传感器，是设于基材的另一个面上的由MEMS(Micro Electro Mechanical Systems：微机电系统)工艺制造的热流量传感器，具有薄膜部，所述薄膜部具有第一测温部以及第二测温部，并且，所述薄膜部形成有用于检测所述第一测温部与所述第二测温部之间的温度差的热电堆，所述薄膜部被热传导性构件支撑，以使得在所述第一测温部与所述基材之间存在空间且使所述薄膜部与所述基材平行，所述热传导性构件用于使从所述测量对象经由所述基材流入的热量传导至所述第二测温部；温度传感器，用于测量基材的与热传导性构件接触的部分的温度或者薄膜部的第二测温部的温度。 [0021] 即，本发明的内部温度传感器具有通过MEMS工艺制造出的热流量传感器(即，因为是小型的，所以热容量也较小的热流量传感器)。另外，本发明的内部温度传感器所具有的热流量传感器利用热电堆测量温度差，所以温度差的测量精度较高。因此，若采用本发明的内部温度传感器，则与使用了以往的传感器的情况相比，能够以精度以及响应性良好的形式来测量测量对象的深部温度。 [0022] 此外，本发明的热流量传感器的第一测温部和基材之间的“热传导性比热传导性构件差的空间”可以是空气等气体存在于其内部的空间，也可以是其内部为真空的空间，还可以是其内部填充热传导性较差的非气体的树脂等的空间。 [0023] 当实现本发明的内部温度传感器时，优选地，采用具有放热促进结构的热流量传感器的薄膜部，该放热促进结构用于促进从第一测温部放热。这是因为，若采用具有放热促进结构的薄膜部，则能够更加高精度地测量测量对象的深部温度。此外，在具有用于促进从第一测温部放热的放热促进结构的薄膜部中，有如下的一种薄膜部，该薄膜部例如在第一测温部的上表面(不与基材相向的一侧的面)侧形成有吸收从基板侧的部分辐射的红外线并向上方(基材的相反侧的方向)放出的红外线吸收/辐射层。另外，由于若第一测温部的上表面是平面(镜面)，则来自下方的红外线被第一测温部的上表面反射，所以在第一测温部的上表面形成有凹凸的薄膜部也发挥具有用于促进从第一测温部放热的放热促进结构的薄膜部的功能。 [0024] 另外，固定热流量传感器以及温度传感器的周围的空气能够使深部温度的测量结果更加稳定。因此，当实现本发明的内部温度传感器时，优选附加上覆盖热流量传感器和温度传感器的罩。 [0025] 另外，若在热流量传感器的薄膜部中具有红外线反射结构，该红外线反射结构反射照射向薄膜部的不与基材相向的一侧的面的红外线，防止该红外线加热薄膜部，则即使不设置罩，也能够使深部温度的测量结果稳定。 [0026] 进一步地，若在罩的内表面配置红外线吸收体，能够使罩内的温度更加稳定。另外，若采用的罩具有反射红外线以及电磁波的外表面，则能够进一步地使罩内的温度稳定，并且防止电磁波对内部温度的测量结果产生不良影响。 [0027] 采用的内部温度传感器的罩能够具有包围热流量传感器以及温度传感器的侧壁部，设于侧壁部的开口部侧的端面的绝热材料，隔着绝热材料安装于侧壁部的覆盖侧壁部的开口部的顶板。另外，能够以增大表面积来提高放热性的散热器或者散热板作为该罩的顶板。另外，也能够在内部温度传感器中附加用于将来自薄膜部的第一测温部的热量传导至顶板的构件。 [0028] 本发明的内部温度传感器也能够作为原样不变地输出热流量传感器的输出和温度传感器的输出的传感器来实现。但是，由于各传感器所输出的信号是低水平的信号，所以若原样不变地输出各传感器的输出，则在噪声的影响下，恐怕无法计算出准确的内部温度。因此，优选地，在内部温度传感器中搭载有对各传感器的输出进行放大的放大器。进一步地，若与如这样的放大器一起还附加有运算部，该运算部基于被利用该放大器放大了的热流量传感器的输出和温度传感器的输出，来计算测量对象的内部温度，则能够实现可以不用外部装置计算测量对象的内部温度的内部温度传感器。 [0029] 发明的效果 [0031] 图1是本发明的第一实施方式的内部温度传感器的概略结构图。 [0032] 图2是热流量传感器的俯视图。 [0033] 图3是热流量传感器的沿着图2中的B-B线的剖视图。 [0034] 图4是热流量传感器的沿着图2中的A-A线的剖视图。 [0035] 图5是热流量传感器的沿着图2中的C-C线的主要部分概略剖视图。 [0036] 图6是热流量传感器的沿着图2中的A-A线的概略剖视图。 [0037] 图7是利用内部温度传感器测量内部温度的原理的说明图。 [0039] 图9是在进行内部温度计算处理时为了计算系数k、a的值而使用的值的说明图。 [0040] 图10是本发明的第二实施方式的内部温度传感器的概略结构图。 [0041] 图11是本发明的第三实施方式的内部温度传感器的概略结构图。 [0042] 图12是第三实施方式的内部温度传感器所具有的热流量传感器的俯视图。 [0043] 图13A是在各实施方式的内部温度传感器中能够采用的主基板的说明图。 [0044] 图13B是在各实施方式的内部温度传感器中能够采用的主基板的说明图。 [0045] 图14是在各实施方式的内部温度传感器中能够采用的热流量传感器的结构的说明图。 [0046] 图15是能够作为顶板等使用的构件的说明图。 [0047] 图16是利用现有的非加热型深部体温计测量深部体温的原理的说明图。 具体实施方式[0048] 《第一实施方式》 [0049] 在图1中示出本发明的第一实施方式的内部温度传感器20的概略结构。 [0050] 如图所示，本实施方式的内部温度传感器20具有主基板21、配置于主基板21上的传感器基板22、运算电路23以及端子24。另外，内部温度传感器20具有配置于传感器基板22上的热流量传感器30以及ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)40、覆盖热流量传感器30以及ASIC40的罩50。 [0051] 该内部温度传感器20是能够通过使主基板21的下表面与测量对象(人体或者装置)的表面接触，来测量该测量对象的内部温度的传感器。此外，在上述说明以及以下的说明中，一个构件的下表面、上表面分别是指该构件在图1中的下侧、上侧的表面。 [0052] 主基板21形成有布线，该布线连接在ASIC40、运算电路23和端子24之间。该主基板21优选热传导性良好的(热阻较小的)材料构成。另外，即使热传导性良好，若主基板21的厚度很厚，则测量内部温度也会花很长时间。因此，主基板21的厚度最好尽可能薄。 [0053] 主基板21上的端子24是连接来自内部温度传感器20用的测量装置的电源线以及信号线的端子。此处，内部温度传感器20用的测量装置具有如下功能：经由信号线与内部温度传感器20进行通信，由此从内部温度传感器20取得内部温度的测量结果，显示并记录取得的测量结果的功能；经由电源线向内部温度传感器20供给电力的功能。 [0054] 热流量传感器30是利用所谓的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems，微机电系统)工艺(包括高长径比刻蚀工艺的半导体工艺)制造出的小型的温度差传感器。在图1中以简化了的形态示出，该热流量传感器30具有如图2～图4所示那样的结构。此外，这些图中的图2是热流量传感器30的一个例子的俯视图，图3、图4分别是图2所示的热流量传感器30的沿着图2中的B-B线、A-A线的剖视图。 [0055] 即，例如，热流量传感器30具有550μm见方的薄膜部31(参照图2)和从薄膜部31的下表面的周部向下方延伸的由硅形成的大约400μm长(396.2μm长)的支撑部35(参照图3、4)。在热流量传感器30所具有的薄膜部31的内部形成有将由P型多晶硅和N型多晶硅构成的多个热电偶串联连接而成的热电堆32。根据图2以及图3可知，薄膜部31内的热电堆32被形成为能够测量第一测温部与第二测温部之间的温度差，该第一测温部是薄膜部31的图2中的左右方向的中心部分，该第二测温部是薄膜部31的支撑部35上方的部分。此外，在薄膜部 31的周部的下方存在由热传导率较大的硅形成的口字状的支撑部35。因此，能够将图2所示的两个第二测温部当作温度相等的部分来进行处理。 [0056] 就热流量传感器30的薄膜部31而言，除了热电堆32(连接P型多晶硅、N型多晶硅和各部分的布线等)以外，其他部分都是用热传导率比较差的材料形成的。即，薄膜部31整体的热传导率比较小。 [0057] 具体地，例如，热流量传感器30被制造成具有如图5以及图6所示的结构。图5是热流量传感器30的沿着图2中的C-C线的主要部分概略剖视图，图6是热流量传感器30的沿着图2中的A-A线的概略剖视图。 [0058] 根据这些图可知，热流量传感器30的薄膜部31的除了热电堆32以外的部分，用热传导率很差的SiO2形成。 [0059] 此外，在图5以及图6中，在热电堆32上方示出的TiN层被设为红外线吸收/辐射层，该红外线吸收/辐射层用于促进从薄膜部31的中央部(除了第二测温部以外的部分，下方空出的部分)的下方部分的各位置向上方放热。该红外线吸收/辐射层并不是热流量传感器30的必需结构元素。但是，在未设置红外线吸收/辐射层的情况下，由热流量传感器30检测到的温度差ΔT通常会变小。而且，其结果就是，由于内部温度的测量精度会有若干下降(详细情况后述)，所以优选在热流量传感器30的薄膜部31上设置红外线吸收/辐射层。 [0060] 返回至图1，继续说明热流量传感器30。 [0061] ASIC40是内置有温度传感器41的集成电路。ASIC40具有使热流量传感器30的输出以及温度传感器41的输出放大的功能和使放大后的各输出数字数据化的功能。此外，本实施方式的热流量传感器30的ASIC40是具有输出与绝对温度成比例的电压的PTAT(Proportional To Absolute Temperature，正比于绝对温度)电压源(即，发挥温度计的功能的电压源)的电路。即，ASIC40是PTAT电压源的结构元素发挥温度传感器41的功能的电路。另外，ASIC40也是利用斩波放大器使各传感器的输出放大的电路。 [0062] 配置有热流量传感器30以及ASIC40的传感器基板22是为了能够利用温度传感器41测量热流量传感器30的支撑部35的下表面的温度而设置的高热传导性的构件。换言之，传感器基板22是为了使固定热流量传感器30的支撑部35的部分的温度与利用温度传感器 41测量温度的部分的温度相一致而设置的构件。因此，在使用热传导性足够大的构件作为主基板21的情况下，能够不设置传感器基板22，而将热流量传感器30以及ASIC40直接搭载于主基板21上。 [0063] 运算电路23是基于由ASIC40进行了数字数据化的热流量传感器的输出以及温度传感器的输出，计算并输出测量对象的内部温度的电路。针对详细情况后述，通常，使用从端子24输出(发送)计算出的内部温度的电路或者将计算出的内部温度输出(存储)到内部的存储器的电路来作为该运算电路23。 [0064] 罩50是主要以下列的两点作为目的而设置的热流量传感器30以及温度传感器41的外壳；该两点目的分别是，固定热流量传感器30以及温度传感器41(ASIC40)的周围的空气，由此使两个传感器的输出稳定，还有防止红外线从上方入射至热流量传感器30。 [0065] 如图1所示，本实施方式的罩50由围绕热流量传感器30以及温度传感器41(ASIC40)的筒状的侧壁部51、隔着绝热材料52而安装于该侧壁部51的开口部的顶板53和以覆盖侧壁部51的内表面的方式配置的红外线吸收体54构成。此外，通常，使用直径是1cm左右或者在1cm以下的构件作为侧壁部51。 [0066] 虽然详细原理(理由/原因)不明，但是根据各种实验可知，若改善罩50的侧壁部51与传感器基板23之间的热传导性，则罩50内的温度的稳定性会提高。因此，优选地，罩50的侧壁部51使用热传导性粘合剂(例如银膏)等固定于传感器基板22。 [0067] 作为罩50的侧壁部51以及顶板53的结构材料，只要能够防止空气进出罩50内外、红外线流入罩50内即可。但是，电磁波也可以导致热流量传感器30以及温度传感器41的输出发生变动。因此，侧壁部51以及顶板53的结构材料优选也能够防止电磁波从外部流入的材料，即，金属或者具有导电性的非金属。另外，顶板53上表面的红外线反射率越高，罩50内的温度越稳定。因此，作为罩50的顶板53，优选使用红外线的反射率高的材料(例如铝)制的构件，或者使用在红外线的反射率低的材料(例如SUS(steel use stainless，不锈钢)或者非金属)制的构件的上表面粘贴由红外线的反射率高的材料形成的薄板而构成的构件。另外，顶板53向内部露出的下表面优选是红外线吸收体。 [0068] 罩50的绝热材料52只要是具有绝热性的构件即可。因此，能够使用一般作为绝热材料使用的材料(发泡聚氨酯等)来作为绝热材料52。罩50的红外线吸收体54只要是容易吸收红外线的构件即可。例如，能够使用黑色的树脂来作为红外线吸收体54。 [0069] 以下，说明内部温度传感器20测量内部温度的原理。 [0070] 首先，考虑将基板21以及22的热阻值视为“0”的(与测量对象的非发热部的热阻值相比足够小)情况。在这种情况下，当利用内部温度传感器20来测量测量对象的内部温度时，形成热量(实线/浪线箭头)以如图7中的(a)部分示意地示出的形式在各部分之间移动的热环路。该热环路被表示为图7中的(b)部分所示的电路，但是，该电路中的Ih’的值在R4＞＞R2(R4的值远大于R2的值)的情况下与Ih的值大致一致。而且，由于热流量传感器30的薄膜部31的第二测温部与空气接触，所以针对内部温度传感器20(热流量传感器30)，R4＞＞R2成立。 [0071] 因此，当与测量对象接触的内部温度传感器20达到热平衡状态时，在热流量传感器30的薄膜部31内，单位时间内从第二测温部侧流向第一测温部侧的热量Q1，与单位时间内从非发热体(测量对象)侧流入热流量传感器30的支撑部35的热量Q2大致一致。 [0072] 进一步地，在内部温度传感器20达到热平衡状态的情况下，Q1和Q2能够分别通过以下的(3)式和(4)式计算。 [0073] Q1＝(Th-Tl)/R2 (3) [0074] Q2＝(Tb-Tr)/Rx (4) [0075] 此外，Th和Tl分别是第二测温部的温度和第一测温部的温度，Tr是由温度传感器41测量出的支撑部35的下端的温度(非发热身体表面的温度)。 [0076] 而且，根据Q1≈Q2，Th-Tl＝ΔT，在内部温度传感器20达到热平衡状态的情况下，以下的(5)式大致成立。 [0077] ΔT/R2＝(Tb-Tr)/Rx (5) [0078] 该(5)式与以下的(6)式等价。 [0079] Tb＝Tr+(Rx/R2)ΔT (6) [0080] 而且，(6)式中的“Rx/R2”的值的适当值，可以根据内部温度传感器20的结构(各部分的尺寸、各部分的结构材料等)和测量对象来唯一确定。因此，根据分别由热流量传感器30以及温度传感器41测量出的温度差ΔT以及温度Tr，能够通过上述(6)式计算内部温度Tb。 [0081] 另外，在不将基板21以及22的热阻值视为“0”的情况下，能够通过将(6)式中的Rx替换为“Rx+基板21以及22的热阻值”(以下，标记为Rx′)的以下的(7)式来计算Tb。 [0082] Tb＝Tr+(Rx′/R2)ΔT…(7) [0083] 该(7)式中的“Rx′/R2”值的适当值也可以根据内部温度传感器20的结构和测量对象来唯一确定。因此，即使在不将基板21以及22的热阻值视为“0”的情况下，也能够根据温度差ΔT以及温度Tr来计算内部温度Tb。 [0084] 此外，应该用作“Rx′/R2”值或者“Rx/R2”值的值都是使以下的(8)式的误差最小的k值。 [0085] Tb＝Tr+kΔT (8) [0086] 而且，如这样的k值能够通过例如使用内部温度传感器20对改变了内部温度的测量对象(或者模拟测量对象的物体)的ΔT和Tr进行若干次测量，基于其结果，根据最小二乘法等求出。因此，本内部温度传感器20能够不必考虑是否将基板21以及22的热阻值视为“0”，就决定出内部温度Tb的计算式((8)式)。 [0087] 此处，针对在薄膜部31内形成的TiN层(图5以及图6中的“TiN”)进行补充说明。 [0088] 根据上述的(8)式可知，就本实施方式的内部温度传感器20而言，由热流速传感器30测量到的ΔT值越大，灵敏度就越提高。而且，根据图7可知，从第一测温部向上方的放热量越大，ΔT值就越大；为了增大从第一测温部向上方的放热量，而设置用于促进放热的红外线吸收/辐射层是有效的。因此，在薄膜部31的第一测温部及其附近的部分设有TiN层。 [0089] 此外，促进从第一测温部向上方的放热量也能够通过在第一测温部的上表面形成微小的凹凸来实现。因此，也可以取代设置红外线吸收/辐射层，而在第一测温部的上表面形成微小的凹凸；还可以在第一测温部设置红外线吸收/辐射层，并且在第一测温部的上表面形成微小的凹凸。 [0090] 以下，针对运算电路23(图1)进行说明。 [0091] 内部温度传感器20中使用(搭载)的运算电路23只要是能够根据温度差ΔT和温度Tr来计算内部温度Tb的电路即可。 [0092] 因此，能够使用“根据温度差ΔT和温度Tr，使用预先设定的k值通过(8)式来计算内部温度Tb的电路”作为运算电路23。另外，也能够使用在如这样的电路中附加了接受k值的变更的功能的电路(当经由端子24输入指示变更k值的命令时，按照该命令来变更k值的电路)来作为运算电路23。 [0093] 进一步地，也能够使用当满足了规定的条件时，就开始进行图8所示的顺序的内部温度测量处理的电路来作为运算电路23。此外，能够采用“规定的命令被输入端子24”这样的条件，或者采用“温度Tr(由温度传感器41测量到的温度)开始上升”(即，基板21的下表面与测量对象接触)这样的条件作为规定的条件。 [0094] 如图8所示，开始进行该内部温度测量处理的运算电路23首先连续地(周期性地)进行测量Tr值以及ΔT值的处理(步骤S101)。通常，进行在内部温度传感器20达到热平衡之前结束的处理(例如，当ΔT值的变化率达到既定值以下时结束的处理)作为该处理。此外，根据已经说明了的结构可知，在步骤S101中实际上进行的处理，是连续从ASIC40收集表示Tr值(利用温度传感器41测量温度的结果)的数据和表示ΔT值(利用热流速传感器30测量温度差的测量结果)的数据的处理。 [0095] 结束了步骤S101的处理的运算电路23，进行基于Tr值以及ΔT值的测量结果(从ASIC40收集到的数据组)，计算以下所示的“在达到热平衡之前也成立的内部温度Tb的计算式”的系数k和a的值的处理(步骤S102)。 [0096] Tb＝Tr+kΔT+a(dTr/dt) (9) [0097] 具体地，在该步骤S102中，运算电路23进行以下的处理。 [0098] 运算电路23首先从进行步骤S101的处理时收集到的测量结果中，选择在不同的时刻t1、t2和t3(t1＜t2＜t3)测量到的3个测量结果(成对的Tr值和ΔT值)。以下，将在时刻tm(m＝1～3)测量到的Tr值和ΔT值分别标记为Trm和ΔTm。 [0099] 接着，运算电路23计算时刻t1的dTr/dt值(以下，标记为dTr1/dt)、时刻t2的dTr/dt值(以下，标记为dTr2/dt)以及时刻t3的dTr/dt值(以下，标记为dTr3/dt)。 [0100] 此外，上述的Tr1～Tr3和ΔT1～ΔT3的选择方法并不特别限定。但是，如在图9中举例示出的那样，优选以不存在值相近的2Tr值或者2ΔT值的方式，来选择Tr1～Tr3和ΔT1～ΔT3。这是因为，若这样选择Tr1～Tr3、ΔT1～ΔT3，就能够高精度地计算k值以及a值。 [0101] 完成了Tr1～Tr3和ΔT1～ΔT3的选择以及dTr1/dt～dTr3/dt的计算的运算电路23进行通过求解以下的联立方程组来，计算k值以及a值的处理。 [0102] Tb＝Tr1+kΔT1+a(dTr1/dt) [0103] Tb＝Tr2+kΔT2+a(dTr2/dt) [0104] Tb＝Tr3+kΔT3+a(dTr3/dt) [0105] 更加具体地，运算电路23进行通过将Tr1～Tr3、ΔT1～ΔT3以及dTr1/dt～dTr3/dt分别代入根据上述3式求出的a值的计算式以及k值的计算式，来计算k值以及a值的处理。 [0106] 按如上述的顺序计算出k值以及a值的运算电路23，结束步骤S102的处理。然后，运算电路23进入重复以下两个处理的状态；这两个处理分别是，测量Tr值以及ΔT值的处理(步骤S103)，和通过将测量到的Tr值以及ΔT值代入内部温度Tb的计算式((9)式)，来计算并输出内部温度Tb的处理(步骤S104)，设定计算值作为该内部温度Tb的计算式((9)式)中的k值以及a值。 [0107] 此外，步骤S104的处理也可以是从端子24输出(发送)计算出的内部温度Tb的处理，还可以是将计算出的内部温度Tb输出(存储)到测量装置(经由端子24与内部温度传感器20连接的装置)能够访问的运算电路23内的存储器的处理。 [0108] 以上，根据已说明的处理顺序可知，图7所示的顺序的内部温度计算处理，使用在达到热平衡之前也成立的内部温度Tb的计算式((9)式)来计算内部温度Tb，并且，自动计算该计算式的系数a和k的值。因此，若使用能够执行该内部温度计算处理的运算电路23，则无论测量对象如何，都能够实现能够在达到热平衡状态之前准确测量内部温度Tb的内部温度传感器20。 [0109] 以上，如已说明的那样，本实施方式的内部温度传感器20所具有的热流量传感器30由于是小型的，所以热容量较小(即，各部分的温度在短时间内达到稳定)。另外，由于热流量传感器30利用热电堆32来测量温度差，所以温度差的测量精度也较高。 [0110] 进一步地，制造纵式热电堆很困难，但是如热电堆32这样的横式热电堆能够很容易地制造出来。而且，使用由具有横式的热电堆32的热流量传感器30测量到的ΔT也能够如上述测量(计算)测量对象的内部温度Tb。 [0111] 因此，若使用本实施方式的内部温度传感器20，则能够响应性优良地准确地测量测量对象的内部温度。此外，针对搭载了图2～4所示的尺寸的热流量传感器30的内部温度传感器20，根据各种实验结果，最长等待3分钟就能够确认出测量结果达到稳定。 [0112] 《第二实施方式》 [0113] 在图10中示出本发明的第二实施方式的内部温度传感器20b的概略结构。 [0114] 该内部温度传感器20b由很多与上述的第一实施方式的内部温度传感器20共同的部分。因此，以下，以与内部温度传感器20不同的部分为中心来说明内部温度传感器20b的结构以及功能。 [0115] 如图10所示，内部温度传感器20b具有主基板21，配置于主基板21上的传感器基板22、运算电路23以及端子24，配置于传感器基板22上的热流量传感器30以及ASIC40。这些构件/电路与内部温度传感器20所具有的同一名称/附图标记的构件/电路都相同。 [0116] 另外，内部温度传感器20b也具有用于覆盖热流量传感器30以及ASIC40的罩50b。但是，如图所示，内部温度传感器20b的罩50b是将罩50(参照图1)的顶板53变成散热器55得到的。 [0117] 进一步地，在内部温度传感器20b的热流量传感器30上配置有第二测温部保温结构36。在图8中以简化了的形态示出，该第二测温部保温结构36是与第一测温部相向的部分和除了周部以外的部分具有凹陷的形状的构件。 [0118] 而且，内部温度传感器20b的第二测温部保温结构36与散热器55通过热传导性良好的材料(例如铝)制的高热传导性构件37连接。 [0119] 总之，该第二实施方式的内部温度传感器20b对内部温度传感器20进行变形/改良，以使第一测温部的温度与外部气温一致，且，第二测温部被保温(使从第二测温部向上方的放热量不致过大)。 [0120] 因此，若使用内部温度传感器20b，则与使用内部温度传感器20的情况相比，能够高精度地测量测量对象的内部温度。 [0121] 《第三实施方式》 [0122] 以下，使用图11，以与上述的内部温度传感器20和20b不同的部分为中心，来说明本发明的第三实施方式的内部温度传感器20c的结构。 [0123] 如图11所示，在本实施方式的内部温度传感器20c的传感器基板22上配置有热流量传感器30c和ASIC40c。 [0124] ASIC40c相当于从上述的ASIC40中拆除了温度传感器41(发挥温度传感器41的功能的二极管以及热阻)的集成电路。如图12意地示出的那样，热流量传感器30c是具有形成有温度传感器41(从ASIC40中拆除的二极管等)的薄膜部31c的传感器。总之，热流量传感器30c对热流量传感器30进行了改良，以使能够直接测量第二测温部的温度。此外，虽然省略详细说明，但是即使由温度传感器41测量到的温度是第二测温部的温度，也能够通过上述的(8)式或者(9)式来计算内部温度Tb。因此，在该内部温度传感器20c中，与内部温度传感器20同样地，也能够搭载根据温度差ΔT和温度Tr，使用预先设定的k值通过(8)式来计算内部温度Tb的运算电路23，以及能够执行内部温度测量处理(图8)的运算电路23等。 [0125] 另外，若比较图11和图10则可知，内部温度传感器20c所具有的罩50c，是将罩50b的散热器55变成面积比较大的散热板56而得到的。进一步地，就内部温度传感器20c而言，利用热传导性良好的软质原材料58(例如导热性硅橡胶或者硅脂)，将高热传导性构件37与热流量传感器30c的薄膜部31的第一测温部(参照图2)连接。 [0126] 以上，如已说明的那样，本实施方式的内部温度传感器20c所具有的热流量传感器30c的热容量也较小，所以各部分的温度在短时间内达到稳定，并且利用热电堆32测量温度差，所以温度差的测量精度也较高。 [0127] 因此，适用本实施方式的内部温度传感器20c，也能够响应性优良地、准确地测量测量对象的内部温度。 [0128] 《变形方式》 [0129] 上述的各实施方式的内部温度传感器(20、20b、20c)能够进行各种的变形。例如，能够将内部温度传感器20c(图11)变形为取代散热板56而具有散热器55的传感器。另外，能够将内部温度传感器20、20b变形为不具有热流量传感器30以及ASIC40，而具有热流量传感器30c以及ASIC40c的传感器。 [0130] 另外，如图13A示意地示出的那样，能够采用使搭载热流量传感器30以及ASIC40的部分变薄的主基板21。进一步地，为了降低主基板21的平均热阻，如图13B示意地示出的那样，也能够在主基板21上形成多个通孔(through hole)，在形成了的各通孔内填充金属29。 [0131] 另外，也能够使Al层等红外线反射层的反射面朝向上侧，并在薄膜部内形成于第一、第二测温部上。但是，利用红外线反射层传导热，薄膜部31的第一测温部和第二测温部的温度差减少，作为传感器的性能变差。因此，红外线反射层优选由热电导率较低的材料形成。另外，在由热电导率较高的材料形成红外线反射层的情况下，最好是如在图14中示意地示出的那样，以分为第二测温部侧与中央部(第一测温部)侧的形式来形成红外线反射层。另外，当第二测温部的红外线反射膜在下侧也设置反射面时，能够期待因保温效果带来的高精度化。此外，若采用如图14所示的结构，则能够反射从外部向薄膜部31的上表面照射的红外线，来防止该红外线加热薄膜部31。因此，这种结构在将内部温度传感器20实现为不具有罩50的传感器的情况下，能够特别有效。 [0132] 也能够将各实施方式的内部温度传感器变形为不具有运算电路23的传感器(原样不变地输出ASIC40、40c的输出的传感器)或者原样不变地输出热流量传感器30、30c和温度传感器41的输出的传感器。但是，若原样不变地输出热流量传感器30、30c和温度传感器41的输出，则容易受到噪声的影响。因此，优选地，在内部温度传感器中搭载对各传感器的输出进行放大的放大器。 [0133] 也能够将运算电路23变形为基于各传感器的时序的温度差和温度的测量结果，求解热传导方程式，来计算测量对象的内部温度的电路。 [0134] 另外，内部温度传感器20的各部分的尺寸能够适当变更。例如，图1所示的内部温度传感器20的绝热材料52，顶板53比较薄。但是，由于绝热材料52或者顶板53的厚度并不特别地限定，所以，例如图15所示，也能够使用较厚的发泡聚氨酯作为绝热材料52，使用在较厚的导电泡沫上粘贴作为红外线反射板的铝箔以作为顶板53。 [0135] 也能够在热流量传感器30的薄膜部31下方插入(填充)热传导性较差的物质。进一步地，也能够在罩50内封入除了空气以外的气体，还能够使罩50内形成真空。 [0136] 附图标记的说明 [0137] 20、20b、20c 内部温度传感器 [0138] 21 主基板 [0139] 22 传感器基板 [0140] 23 运算电路 [0141] 24 端子 [0142] 29 金属 [0143] 30、30c 热流量传感器 [0144] 31、31c 薄膜部 [0145] 32 热电堆 [0146] 35 支撑部 [0147] 36 第二测温部保温结构 [0148] 37 高热传导性部材 [0149] 40、40c ASIC [0150] 41 温度传感器 [0151] 50、50b、50c 罩 [0152] 51 侧壁部 [0153] 52 绝热材料 [0154] 53 顶板 [0155] 54 红外线吸收体 [0156] 55 散热器(heat sink) [0157] 56 散热板 [0158] 58 软质原材料 |
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