本发明涉及一种对施加至检测对象的压力与检测对象的温度进行检测的传感器(sensor)装置等。
背景技术：
以往，有想要利用1个传感器装置对施加至检测对象(例如水、油等流体、空气等)的压力和温度进行检测的需求(needs)。响应于此，近年来，开发出各种能够以一个装置来检测压力及温度的传感器装置(专利文献1～专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2011-033531号公报(2011年02月17日公开)
专利文献2：日本专利特开2009-281915号公报(2009年12月03日公开)
专利文献3：日本专利特开2011-202960号公报(2011年10月13日公开)
专利文献4：日本专利特开2014-122811号公报(2014年07月03日公开)
技术实现要素：
[发明所要解决的问题]
所述专利文献1～专利文献4所述的以往技术中，将温度传感器作为探头(probe)而设于框体的突出部。这是为了避免在温度传感器的温度检测时，受气温等检测对象的温度以外的温度影响。
但是，若采用使温度传感器相对于检测对象而突出的结构，则尘土或灰尘会积留在所述突出部分，因此有维护性下降的缺点(demerit)。而且有会在突出部分的前后产生流体的压力损失的缺点。例如，在检测对象为流体的情况下，可能会因所述压力损失造成配管的堵塞等。
另一方面，若为了消除这些缺点而将温度传感器配置在突出部分以外，则温度传感器在温度检测时会受到气温等的影响，因此无法准确地对检测对象的温度进行检测。
本发明是有鉴于所述问题而完成。本发明的目的在于实现一种能够精度良好地算出检测对象的温度，并且能够使框体的形状简单化的传感器装置等。
[解决问题的技术手段]
为了解决所述问题，本发明的传感器装置具备对施加至检测对象的压力进行检测的压力传感器，其中，所述压力传感器是以压力检测元件相对于所述检测对象而露出的方式，而设于所述传感器装置的框体内部，且所述传感器装置包括：第1温度传感器，设于所述框体内部，对经由所述框体或所述压力传感器而从所述检测对象传导的温度进行检测；第2温度传感器，设在较所述第1温度传感器远离所述检测对象的位置；以及温度计算部，根据所述第1温度传感器所检测出的温度与所述第2温度传感器所检测出的温度，来算出所述检测对象的温度。
温度传感器在温度检测时会受到气温的影响。因此，以往技术中，将温度传感器配置在难以受到气温影响的位置，以确保温度检测的精度。例如，在以往技术中，将温度传感器作为相对于检测对象突出的探头而设。
另一方面，根据所述结构，使用第1温度传感器与第2温度传感器这两个温度传感器所检测出的两个温度来算出检测对象的温度。因此，能够准确地算出检测对象的温度。而且，由于使用所述两个温度来提高检测对象的温度计算精度，因此不需要在传感器装置中将第1温度传感器配置于所述的探头等。因此，根据所述结构，能够精度良好地算出检测对象的温度，并且能够使传感器装置的框体形状简单化。
所述传感器装置中，所述第1温度传感器也可配置成接触所述框体内部的所述压力传感器。由此，由于将第1温度传感器配置于压力传感器附近，因此能够使框体的形状更小型且简单化。
所述传感器装置中，所述第1温度传感器也可配置于与所述压力检测元件的检测面为相反侧的面。由此，第1温度传感器能够对从与检测对象直接接触的压力检测元件传导的温度进行检测。因此，第1温度传感器能够检测与实际的检测对象的温度更为接近的温度。因此，传感器装置能够精度更好地算出检测对象的温度。
所述传感器装置中，所述第2温度传感器也可设于所述框体的、不与所述检测对象接触的部分的内侧。由此，第2温度传感器是设在温度检测时难以受到来自检测对象的温度传播的位置。因此，第2温度传感器能够精度良好地算出气温。并且，传感器装置能够根据精度更好地检测出的气温、与第1温度传感器所检测出的温度，来算出检测对象的温度。因此，传感器装置能够精度更好地算出检测对象的温度。
所述传感器装置中，所述框体也可为圆柱或棱柱的形状，且包含底面的一部分与所述检测对象接触。而且，所述压力传感器也可以所述压力检测元件从所述框体的底面相对于所述检测对象而露出的方式配置。
如此，通过将传感器装置的框体及压力传感器设为尽可能不妨碍检测对象移动的形状，从而能够抑制检测对象的压力损失。因此，传感器装置能够抑制因设置所述传感器装置所造成的、对检测对象及其周边设备的不良影响。例如，在检测对象为流体的情况下，能够避免妨碍到检测对象的流动，因此能够防止配管的堵塞。
[发明的效果]
根据本发明，能够精度良好地算出检测对象的温度，并且能够使框体的形状简单化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的传感器装置的主要部分结构的框图。
图2是表示所述传感器装置的外观的一例的图。
图3(a)是表示所述传感器装置的连接部、与所述传感器装置中所含的压力传感器及第1温度传感器的装配方法的一例的图。图3(b)是已装配好所述连接部、与所述压力传感器及所述第1温度传感器的状态的剖面图。图3(c)及图3(d)是表示第1温度传感器相对于压力传感器的配置的一例的图。
图4是示意性地表示所述压力传感器、所述第1温度传感器及所述第2温度传感器的位置关系的图。
图5是表示与检测对象和外界气温的温度差相应的、所述第1温度传感器的检测温度的变化的图表。
图6是表示与检测对象的温度计算相关的处理流程的流程图。
图7是表示实施方式2的传感器装置的第1温度传感器的配置位置、与检测对象的温度值及第1温度传感器所检测出的温度值的图表。
符号的说明
1：传感器装置
2：框体
3：连接部
4：显示器
5：按钮
6：配线安装部
7、8：固定零件
9：检测面
10：控制部
11：温度计算部
20：输入部
30：显示部
40：通信部
50：存储部
51：温度计算数据
60：压力传感器
70：第1温度传感器
80：第2温度传感器
90：ad转换部
100：管路
s1～s4：步骤
t1：第1温度传感器70的检测温度
t2：第2温度传感器80的检测温度
ta：外界气温
tl：检测对象的温度
θa-b：外界气温传导至第2温度传感器80时的传导率
θl-c：检测温度传导至第1温度传感器70时的传导率
具体实施方式
本发明的传感器装置是对施加至检测对象的压力和检测对象的温度进行检测的传感器装置。所谓检测对象，是指设为传感器装置检测压力及温度的对象的物体。另外，检测对象为固体、液体、气体中的任一者皆可。
本发明的传感器装置的特征在于：在具备压力传感器的同时具备多个温度传感器；以及根据所述多个温度传感器所检测出的温度来算出检测对象的温度。而且，本发明的传感器装置在致力于各温度传感器的配置方面也具有特征。以下，取各实施方式为例，对本发明的传感器装置的各构件的结构及功能进行说明。
〔实施方式1〕
<传感器装置1的外观>
以下，对本发明的实施方式1进行说明。首先，对本实施方式的传感器装置1的外观形状进行说明。另外，本实施方式中，作为一例，对检测对象为在管路(pipe)中流动的水或油等流体的情况进行说明。
图2是表示传感器装置1的外观的一例的图。传感器装置1的框体2例如具有圆柱或棱柱的形状。更详细而言，理想的是，框体2具有将圆柱(或棱柱)的长边方向的其中一端相对于所述长边方向带着角度而切断的形状。以下，如图示般，将框体2的长边方向设为z轴方向，将相对于z轴方向垂直的平面设为xy平面。而且，将框体2在z轴方向上的上侧的面称作“上表面”，将框体2在z轴方向上的下侧的面称作“底面”，将其他面称作“侧面”。
在框体2的包含底面的一部分设有连接部3。连接部3包含夹具，所述夹具用于将框体2相对于填充有检测对象的槽或管或者检测对象自身而予以安装。连接部3以框体2的包含底面的一部分与检测对象接触的方式来固定框体2。
在框体2的上表面，也可如图示般，设有用于显示传感器装置1的检测结果等的显示器(display)4、及用于进行对传感器装置1的指示输入的按钮(button)5。而且，在框体2的侧面，也可设有配线安装部6，所述配线安装部6可安装后述的通信部40的通信时所用的电缆(cable)等。而且，框体2也可具备未图示的显示灯或开关(switch)等。
<主要部分结构>
图1是表示传感器装置1的主要部分结构的框图。传感器装置1至少具备压力传感器60、第1温度传感器70、第2温度传感器80、模数(analog-to-digital，ad)转换部90、控制部10及存储部50。进而，传感器装置1也可具备输入部20、显示部30及通信部40。
压力传感器60对施加至检测对象的压力进行检测。压力传感器60将所检测出的压力作为电信号而发送至ad转换部90。压力传感器60的压力检测方法可根据检测对象的性质来适当选择。例如，在检测对象为水、油等流体的情况下，压力传感器60也可为压电(piezo)式的压力传感器。
另外，理想的是，压力传感器60的结构及检测方式是考虑可能施加至检测对象的压力范围(最大值及最小值)来决定。例如，在对锻造时的冲压机的压力、滚轧的液压、加工机械的夹具压力、车刀进给压、清洗机的泵压等进行检测的情况下，理想的是，压力传感器60可检测最大40mpa左右的压力。
第1温度传感器70及第2温度传感器80对温度进行检测。第1温度传感器70是用于对从框体2或压力传感器60传导的检测对象的温度进行检测的温度传感器。另一方面，第2温度传感器80是为了对第1温度传感器70的温度检测时的、气温的影响进行测量而设的传感器。
第1温度传感器70及第2温度传感器80是在框体2中设于不同的位置。关于第1温度传感器70与第2温度传感器80的位置关系将于后文详述。第1温度传感器70及第2温度传感器80的温度检测方法只要使用以往存在的方法即可。第1温度传感器70及第2温度传感器80将所检测出的温度作为电信号而发送至ad转换部90。
ad转换部90将从压力传感器60接收的电信号所表示的压力数值化。例如，在压力传感器60为所述的压电方式的压力传感器的情况下，ad转换部90根据电信号所表示的电阻变化，来将压力数值化。而且，ad转换部90将从第1温度传感器70及第2温度传感器80接收的电信号所表示的温度分别数值化。另外，传感器装置1也可独立地具备将压力数值化的ad转换部90、及将温度数值化的ad转换部90。而且，传感器装置1也可不具备ad转换部90，而由压力传感器60进行压力的数值化，由第1温度传感器70及第2温度传感器80进行温度的数值化。
控制部10统一控制传感器装置1。控制部10从ad转换部90接收压力及温度的值。控制部10包含温度计算部11。温度计算部11根据第1温度传感器70所检测出的温度值与第2温度传感器80所检测出的温度值，来算出检测对象的温度。关于检测对象的具体计算方法，将于后文详述。另外，控制部10对于从ad转换部90接收的压力的数值，也可通过存储在存储部50中的数值等预定的修正值来进行修正，以算出更准确的压力值。
存储部50保存传感器装置1所使用的数据。例如，存储部50保存温度计算数据51，所述温度计算数据51将检测对象的温度关联于第1温度传感器70所检测出的温度值与第2温度传感器80所检测出的温度值的组合。温度计算数据51也可对第1温度传感器70所检测出的温度值及第2温度传感器80所检测出的温度值以规定的范围进行划分，并关联与各数值范围对应的检测对象的温度。
输入部20受理用户对传感器装置1的输入操作。输入部20例如通过图2所示的按钮5等物理按钮或触控面板(touchpanel)等来实现。显示部30显示温度或压力。显示部30例如是图2所示的显示器4等显示装置。
通信部40从控制部10接收温度计算部11所算出的温度和压力，并发送至可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，plc)或个人计算机(personalcomputer，pc)等外部装置。而且，通信部40也可从外部装置接收传感器装置1的控制命令并传向控制部10。通信部40的通信形式不限。例如既可为使用安装于图2所示的配线安装部6的电缆的有线连接，也可为无线连接。
<温度传感器的配置>
图3(a)及图3(b)是表示传感器装置1中的压力传感器60的配置的一例的图。而且，图3(c)及图3(d)是表示第1温度传感器70相对于压力传感器60的配置的一例的图。
如图3(a)及图3(b)所示，压力传感器60例如使用固定零件7及固定零件8，以嵌入连接部3的方式而固定。此时，压力传感器60是以用于压力检测的元件(压力检测元件)的检测面9从框体2的底面相对于检测对象而露出的方式来配置。
而且，如图3(c)及图3(d)所示，理想的是，第1温度传感器70是在z轴方向上，在压力传感器60的上侧，与所述压力传感器60接触地配置。具体而言，理想的是，第1温度传感器70配置在框体2的内部，且配置于压力传感器60的与压力检测元件的检测面9为相反侧的面。由此，第1温度传感器70能够对从与检测对象直接接触的压力检测元件传导的温度进行检测。即，第1温度传感器70能够检测与实际的检测对象的温度更为接近的温度。
图4是示意性地表示压力传感器60、第1温度传感器70及第2温度传感器80的位置关系的图。另外，图中的斜线部分表示在管路100中流动的流体(检测对象)。而且，本图中，省略了连接部3或配线安装部6等物理结构的表达。而且，本图及以后的说明中，设框体2之外的气温(外界气温)为ta、检测对象的温度为tl、第1温度传感器70的检测温度为t1、第2温度传感器80的检测温度为t2。而且，设外界气温传导至第2温度传感器80时的传导率为θa-b、检测温度传导至第1温度传感器70时的传导率为θl-c。
图4的示意图中，也与图3(c)及图3(d)所示，第1温度传感器70是配置于压力传感器60的与压力检测元件的检测面为相反侧的面。另一方面，第2温度传感器80设在较第1温度传感器70远离检测对象的位置。理想的是，第2温度传感器80是设在检测对象的温度尽可能不会传播的位置。例如，第2温度传感器80是设在框体2的不与检测对象接触的部分的内侧。而且，第2温度传感器80也可以从框体2露出的方式而设，也可将第2温度传感器80自身设于框体2的外侧。而且，第2温度传感器80也可为独立于框体2而设的外部装置。
<流体温度的计算方法>
本实施方式的传感器装置1的温度计算部11根据第1温度传感器70所检测出的温度值与第2温度传感器80所检测出的温度值，来算出检测对象的温度。以下，使用图4及图5，对与温度计算部11所进行的检测对象的温度计算相关的处理进行说明。
图4所示的管路100为设备配管且其厚度为数mm左右。因此，若如上所述般配置第2温度传感器80，则检测对象及管路100的热几乎不会对第2温度传感器80的温度检测造成影响。若使用图4所示的各温度的变量，则第2温度传感器80的检测温度t2与外界气温ta的关系可如以下的式1般模型(model)化。
另一方面，第1温度传感器70在对从框体2或压力传感器60传导的检测对象的温度进行检测时，会受到框体2的内部气温的影响。框体2的内部气温会根据外界气温而变化，因此可以说第1温度传感器70受到了外界气温的影响。第1温度传感器70的检测温度t1、检测对象的温度tl与外界气温ta的关系可如以下的式2般模型化。
t2＝ta×θa-b+ε……………………(式1)
t1＝tl×θl-c+f(tl-ta)+ε…………(式2)
θa-b及θl-c为导热率，是根据与第1温度传感器70接触的框体2或压力传感器60的材质而预先决定的常数。而且，f(tl-ta)是将检测对象与外界气温的温度差tl-ta代入预定的函数f()所得的值。函数f()是根据传感器装置1的结构及材质等而预先决定的函数，且存储在存储部50中。而且，ε是对每个式适当设定的、用于误差修正的数值。
图5是表示与检测对象和外界气温的温度差相应的、第1温度传感器70的检测温度的变化的图表。图中的实线表示与检测对象和外界气温的温度差相应的式2的值的推移。另一方面，虚线是将检测对象与外界气温无温度差时((tl-ta)＝0)的t1的值延长的线。
如图所示，在产生了检测对象的温度与外界气温之差的情况下((tl-ta)＞0)，第1温度传感器70在温度检测时会受到气温的影响，因此根据式2算出的值将下降。检测对象的温度与外界气温之差越大，其下降程度便越大。
本实施方式的传感器装置1中，温度计算部11在收到表示t1及t2的数值时，参照存储部50的温度计算数据51，确定与t1及t2的值的组合对应的tl的值，由此来算出tl。
<处理流程>
图6是表示控制部10所进行的、与检测对象的温度计算相关的处理流程的流程图。控制部10以规定的时间间隔从ad转换部90获取t1及t2的数值(s1)。控制部10的温度计算部11算出所获取的t1及t2在规定时间内的平均值(s2)。另外，若只获取了一次t1或t2，则s2的处理可不进行。
接下来，温度计算部11参照保存在存储部50中的温度计算数据51，确定与t2的值对应的检测对象的温度(s3)。最后，控制部10将温度计算部11所算出的tl经由通信部40而输出至外部装置(s4)。或者，控制部10将tl输出至显示部30(s4)。
根据以上的结构及处理流程，通过根据第1温度传感器70所检测出的温度和第2温度传感器80所检测出的温度来算出检测对象的温度，能够准确地算出检测对象的温度。因此，传感器装置1也可不将第1温度传感器70配置于所述的探头等。因此，传感器装置1能够精度良好地算出检测对象的温度，并且能够使框体2的形状简单化。
另外，温度计算部11也可不参照温度计算数据51，而将第1温度传感器70所检测出的温度值的平均值与第2温度传感器80所检测出的温度值的平均值代入所述的式1及式2而算出检测温度。具体而言，温度计算部11首先将t2(的平均值)代入式1而求出ta。接下来，温度计算部11将所求出的ta代入式2而算出tl。此时，传感器装置1也可不在存储部50中保存温度计算数据51。
〔实施方式2〕
第1温度传感器70的配置位置并不限于实施方式1所示的配置位置(压力检测元件的背侧)。以下，对本发明的实施方式2进行说明。本实施方式的传感器装置1中，第1温度传感器70的配置不同于所述各实施方式的传感器装置1。
图7是表示第1温度传感器70的配置位置与tl及t1的值的图表。“元件背侧”的虚线如实施方式1中所说明般，表示将第1温度传感器70配置于压力检测元件的背侧时的t1的值。“固定零件内侧”表示将第1温度传感器70配置于连接部3的固定零件7的内侧的面时的t1的值。“固定零件外侧”表示将第1温度传感器70配置于固定零件7的外侧的面时的t1的值。另外，此处所说的“外侧的面”，是指固定零件7接触到连接部3的面。而且，“内侧的面”是指固定零件7未接触到连接部3的面。
如图所示，在流体温度(检测对象的温度)为固定的情况下，tl的值与t1的值之差收敛为由第1温度传感器70的配置位置所决定的值。此处，收敛的值根据第1温度传感器70的配置位置而产生微小差异。传感器装置1根据所述微小差异来变更所述式2的f()的函数，或者预先进行存储部50的温度计算数据51中的t1及t2与tl的关联，由此，例如无论将第1温度传感器70配置于固定零件7的内侧或外侧等，均能够精度良好地算出tl。
〔实施方式3〕
传感器装置1的控制部10的控制块(尤其是温度计算部11)既可通过形成于集成电路(ic芯片(chip))等上的逻辑电路(硬件(hardware))实现，也可使用中央处理器(centralprocessingunit，cpu)而通过软件(software)来实现。
在后者的情况下，控制部10具备执行实现各功能的软件即程序的命令的cpu、可由计算机(或cpu)读取地记录有所述程序及各种数据的只读存储器(readonlymemory，rom)或存储装置(将它们称作“记录介质”)、以及展开所述程序的随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)等。并且，通过计算机(或cpu)从所述记录介质中读取并执行所述程序，从而达成本发明的目的。作为所述记录介质，可使用“并非临时的有形介质”，例如可使用带(tape)、盘(disk)、卡(card)、半导体存储器、可编程的逻辑电路等。而且，所述程序也可经由可传输所述程序的任意传输介质(通信网络或广播波等)而提供给所述计算机。另外，本发明也能以通过电子传输来将所述程序具现化的、被嵌入载波中的数据信号的形态来实现。
本发明并不限定于所述的各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式中分别揭示的技术部件适当组合而获得的实施方式也包含于本发明的技术范围内。
〔变形例〕
传感器装置1也可具备多个第1温度传感器70。而且，传感器装置1也可具备多个第2温度传感器80。在具备一个以上的第1温度传感器70及一个以上的第2温度传感器80的情况下，温度计算部11例如只要分别算出第1温度传感器70群的检测温度的平均值与第2温度传感器80群的检测温度的平均值，并在温度计算数据51中确定与所述平均值的组合对应的检测对象的温度即可。或者，温度计算部11也可根据各传感器的配置位置，来对多个第1温度传感器70或多个第2温度传感器80各自的检测温度适当地进行加权。然后，也可算出考虑到加权而算出的第1温度传感器70群的检测温度及第2温度传感器80群的检测温度，并使用这些温度来算出检测温度。
而且，传感器装置1也可独立于第1温度传感器70及第2温度传感器80，而具备对压力传感器60的基板温度进行检测的第3温度传感器。为了检测压力传感器60的基板温度，只要将第3温度传感器配置于压力传感器60的不与检测对象接触的部位且与第1温度传感器70不同的位置即可。