JP2019082913A

JP2019082913A - 温度制御装置及び方法

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Publication number: JP2019082913A
Application number: JP2017210586A
Authority: JP
Inventors: 裕介守口; Yusuke Moriguchi; 祐輔門田; Yusuke Kadota
Original assignee: Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Building Solutions Corp
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-30
Anticipated expiration: 2037-10-31
Also published as: JP6526148B2

Abstract

【課題】高精度の温度制御を実行し易い温度制御装置及び方法を提供すること。【解決手段】温度制御装置１の制御装置１０が、温度センサ２から受けた温度を表す温度信号に基づいて、第１ヒータ３の目標出力を表す第１ヒータ出力信号を第１電力調整器７に出力する。制御装置１０が、温度信号に基づいて、第１ヒータ３の出力が最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続していると判断すると、第２ヒータ４の出力を一定の第２設定出力だけ低くすることを表す第２ヒータ出力減段信号を第２電力調整器８に出力する一方、第１ヒータ３の出力が最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続していると判断すると、第２ヒータ４の出力を一定の第４設定出力だけ高くすることを表す第２ヒータ出力増段信号を第２電力調整器８に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、温度制御装置及び方法に関する。

特許文献１に記載されているように、被試験物の耐久性等は、一般的に環境試験室内で試験される。環境試験室は、試験内容に適した高温環境や低温環境を自在に生成できる。精密試験を行う場合等で、環境試験室は、内部温度が高精度に制御される。

特開２００６−２０８３２８号公報

環境試験室内温度を制御する装置として、次の第１及び第２参考装置１０１,２０１が考えられる（参考装置１０１,２０１は、参考技術であって従来技術でない）。詳しくは、図５に概略構成を示す第１参考装置１０１は、温度センサ（ＴＥ）１０２、温度指示調節計（ＴＩＣ）１１２、電力調整器（ＳＣＲ）１１７、及びヒータ（ＥＨ）１０４を備える。

温度センサ１０２は、環境試験室１２０内に設置され、ヒータ１０４は、空調機１３０内に内蔵される。第１参考装置１０１では、温度指示調節計１１２が、温度センサ１０２から受けた室温を表す信号に基づいて、ヒータ１０４に供給する電力を制御する制御信号１５０を電力調整器１１７に出力する。そして、電力調整器１１７が、該制御信号に基づいてヒータ１０４に供給する電力の制御を実行し、ヒータ１０４が放出した熱を、空調機１３０内に配置したファン（図示せず）で空気と共に矢印Ｂで示す方向に環境試験室１２０内へ流動させて、環境試験室１２０の室温を安定させる。第１参考装置１０１では、ヒータ１０４が１つしか存在しないので、環境試験室１２０の室内負荷変動が大きくなると、ヒータ１０４の容量を大きくする必要がある。したがって、そのような場合、目標温度（設定温度）からの温度ばらつきが該容量に比例して大きくなって、精密な温度制御を行いにくい。

図６に概略構成を示す第２参考装置２０１は、その問題を改善すべく２つの同じ容量の第１及び第２ヒータ２０３,２０４を備える。詳しくは、第２参考装置２０１は、同一の第１及び第２制御装置２５０,２７０を備え、第１制御装置２５０は、第１温度センサ２０２、第１温度指示調節計２１２、第１電力調整器２０７、及び第１ヒータ２０３を有し、第２制御装置２７０は、第２温度センサ２２２、第２温度指示調節計２３２、第２電力調整器２０８、及び第２ヒータ２０４を有する。

第１及び第２温度センサ２０２,２２２は、環境試験室２２０内の異なる箇所に配置され、第１及び第２ヒータ２０３,２０４は、同一の空調機２３０内に内蔵される。第１制御装置２５０では、第１温度指示調節計２１２が、第１温度センサ２０２から受けた室温を表す信号に基づいて、第１ヒータ２０３に供給する電力を制御する制御信号を第１電力調整器２０７に出力する。そして、第１電力調整器２０７が、該制御信号に基づいて環境試験室２２０の室温を目標温度に一致させるように第１ヒータ２０３に供給する電力を制御する。

また、同様に、第２制御装置２７０では、第２温度指示調節計２３２が、第２温度センサ２２２から受けた室温を表す信号に基づいて、第２ヒータ２０４に供給する電力を制御する制御信号を第２電力調整器２０８に出力する。そして、第２電力調整器２０８が、該制御信号に基づいて環境試験室２２０の室温を目標温度に一致させるように第２ヒータ２０４に供給する電力を制御する。

そして、第１及び第２ヒータ２０３,２０４が放出した熱を、空調機２３０内に配置したファン（図示せず）で空気と共に矢印Ｃで示す方向に環境試験室２２０内へ流動させて、環境試験室２２０の室温を安定させる。第２参考装置２０１では、同一の装置である第１及び第２制御装置２５０,２７０が互いに独立に温度制御を行うので、各制御装置２５０,２７０が有するヒータ２０３,２０４の容量を第１参考装置１０１のヒータ１０４との比較で半分程度の容量とできる。よって、第２参考装置２０１は、より精密な温度制御を実現できる可能性がある。

しかし、第２参考装置２０１は、互いに独立な第１及び第２制御装置２５０,２７０を備えて２つの温度センサ２０２,２２２を有し、２つの温度センサ２０２,２２２が互いに異なる位置に配置される。したがって、例えば、±０.１℃程度の精密な温度制御が要求される場合等で、２つの温度センサ２０２,２２２が室温の局所的なばらつきに起因する異なる温度を検出し、一方のヒータ２０３（又は２０４）について出力を上げる制御を実行する一方、他方のヒータ２０４（又は２０３）について出力を下げる制御を実行する虞がある。そして、このようなヒータ２０３,２０４の動作でハンチングが発生して室温が安定せず、求められた精度の温度制御を実行できない虞がある。

そこで、本発明の目的は、高精度の温度制御を実行し易い温度制御装置及び方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明に係る温度制御装置は、温度センサと、第１ヒータと、前記第１ヒータよりも容量が大きい第２ヒータと、前記第１ヒータの出力を調整する第１ヒータ出力調整器と、前記第２ヒータの出力を調整する第２ヒータ出力調整器と、前記温度センサから受けた温度を表す温度信号に基づいて、前記第１ヒータの目標出力を表す第１ヒータ出力信号を前記第１ヒータ出力調整器に出力し、更に、前記第１ヒータの出力が最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータの出力を一定の第２設定出力だけ低くすることを表す第２ヒータ出力減段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力する一方、前記第１ヒータの出力が最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータの出力を一定の第４設定出力だけ高くすることを表す第２ヒータ出力増段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力する制御装置と、を備える。

なお、本明細書では、ヒータの容量を、ヒータを定格電圧（ヒータを使用する際、安定して使用できる電圧の上限）で駆動させたときにヒータから発せられる熱量として定義する。

また、上記第１所定時間と上記第２所定時間は、同一時間でもよく、異なる時間でもよい。また、上記第１設定出力と前記第３設定出力は、同一出力でもよく、異なる出力でもよい。また、上記第２設定出力と前記第４設定出力は、同一出力でもよく、異なる出力でもよい。

本発明によれば、大容量の第２ヒータの出力を一定の設定出力だけ段階的に増大及び減少させることができ、温度測定対象の温度を大雑把に目標温度（設定温度）に近づけることができる。また、温度測定対象の温度が目標温度に近い温度になった状態で、小容量の第１ヒータの出力を温度測定対象の温度が目標温度になるように精度高く調整できる。また、本発明は、温度センサを１つしか必要とせず、互いに独立な複数の温度制御装置を備える構成でないので、ハンチングが起こることがなく、ハンチングに起因して温度が不安定になることもない。よって、高精度の温度制御を実行し易い。

また、本発明において、前記制御装置は、前記温度センサから前記温度信号を受け、前記第１ヒータ出力信号を前記第１ヒータ出力調整器に出力する温度指示調節計と、前記温度指示調節計から受けた前記第１ヒータ出力信号に基づいて、前記低出力状態が前記第１所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータ出力減段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力し、前記高出力状態が前記第２所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータ出力増段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力するシーケンサと、を有してもよい。

上記構成によれば、制御装置を既存の機器を用いて簡単安価に構成できる。

また、本発明において、前記第２設定出力及び前記第４設定出力の夫々は、前記第１ヒータの容量の４０％以上６０％以下であってもよい。

上記構成によれば、第２ヒータの段階的な出力増減により変動する出力が、第１ヒータの容量の５０％程度となるので、第２ヒータの段階的な出力増減の際に、出力変動が過度に大きくなることがなく、温度変動が大きくなることがない。よって、上記出力増減を行った後での小容量の第１ヒータの出力調整を有効に機能させ易く、精密な温度制御を行い易い。

また、本発明において、前記第２ヒータ出力調整器は、前記第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータの出力を前記第２設定出力だけ低下するまで徐々に減少させる一方、前記第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータの出力を前記第４設定出力だけ増大するまで徐々に増大させ、前記第１所定時間及び前記第２所定時間の間、前記第２ヒータは、略一定の出力を行ってもよい。

上記構成によれば、単位時間あたりの温度変化を小さくでき、温度を精密に制御し易い。

また、本発明において、前記第２ヒータ出力調整器は、前記第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータの出力を瞬時に前記第２設定出力減少させ、前記第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータの出力を瞬時に前記第４設定出力だけ増大させ、前記第１所定時間及び前記第２所定時間の間、前記第２ヒータは略一定の出力を行ってもよい。

上記構成によれば、段階的な出力の増減を簡易な制御で実現できる。

また、本発明に係る温度制御方法は、第２ヒータよりも容量が小さい第１ヒータの出力が前記第１ヒータの最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続した状態で温度測定対象の温度が目標温度よりも第１所定温度以上である場合に前記第２ヒータの出力を一定の第２設定出力だけ減少させる一方、前記第１ヒータの出力が前記第１ヒータの最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続した状態で前記温度測定対象の温度が前記目標温度よりも第２所定温度以下である場合に前記第２ヒータの出力を一定の第４設定出力だけ増大させる。

上記第１所定温度と上記第２所定温度は、同一温度でもよく、異なる温度でもよい。上記第１所定温度と上記第２所定温度の夫々は、０℃より大きい如何なる温度でもよい。精密な温度制御を行う場合には、上記第１所定温度と上記第２所定温度の夫々は、例えば、０.１℃程度に設定されることができる。

本発明によれば、高精度の温度制御を実行し易い。

また、本発明の温度制御方法おいて、前記第２設定出力及び前記第４設定出力の夫々は、前記第１ヒータの容量の４０％以上６０％以下であってもよい。

上記構成によれば、大容量の第２ヒータの出力増減を行った後での小容量の第１ヒータの出力調整を有効に機能させ易く、精密な温度制御を行い易い。

本発明に係る温度制御装置及び方法によれば、高精度の温度制御を実行し易い。

本発明の一実施形態に係る温度制御装置の概略構成図である。上記温度制御装置の第１電力調整器の記憶部（図示せず）内に記憶されているマップの一例を表す図である。時間と、室内温度、第１ヒータの出力、及び第２ヒータの出力の夫々との関係の一例を表すグラフである。変形例の温度制御装置における、第１及び第２ヒータの出力と、時間の関係を表すグラフである。第１参考装置の概略構成図である。第２参考装置の概略構成図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。

図１は、本発明の一実施形態に係る温度制御装置１の概略構成図である。図１に示すように、温度制御装置１は、温度センサ（ＴＥ）２、第１ヒータ（第１ＥＨ）３、第２ヒータ（第２ＥＨ）４、第１出力調整器の一例としての第１電力調整器（第１ＳＣＲ）７、第２出力調整器の一例としての第２電力調整器（第２ＳＣＲ）８、及び制御装置１０を備え、制御装置１０は、温度指示調節計（ＴＩＣ）１２、及びシーケンサ（プログラマブルロジックコントローラ：ＰＬＣ）１４を含む。

温度センサ２は、環境試験室２０内に設置され、第１及び第２ヒータ３,４は、空調機３０内に内蔵される。第１ヒータ３は、第２ヒータ４よりも小さな容量を有する。また、温度指示調節計１２は、温度センサ２からの環境試験室２０内の温度（室温）を表す温度信号に基づいて第１電力調整器７をＰＩＤ制御することで高精度な温度制御を実行する。ＰＩＤ制御では、温度指示調節計１２が、設定値（目標値）と現在値の差に比例（Proportional）・積分（Integral）・微分（Derivative）を施した制御信号を出力する。

より詳しくは、温度指示調節計１２は、温度センサ２から環境試験室２０内の温度（室温）を表す信号を受け、室温と目標温度（設定温度）との偏差を求め、その偏差に応じて４ｍＡ以上から２０ｍＡ以下の電流値を有する制御信号（電流信号）を、第１電力調整器７に出力する。４ｍＡ以上から２０ｍＡ以下の電流信号は、ＩＥＣ（国際電気標準会議）で使用が規定された伝送電流信号である。また、環境試験室２０内のスペースは、温度測定対象の一例である。

温度指示調節計１２は、温度センサ２からの信号による室温と目標温度を基に、４ｍＡ以上から２０ｍＡ以下の制御信号（電流信号）５０を第１電力調整器７に出力する。温度指示調整計１２は、室温が目標温度から高くなるにしたがって、４ｍＡ以上から２０ｍＡ以下で一次関数的に減少する電流値の制御信号５０を第１電力調整器７に出力し、室温が目標温度から低くなるにしたがって、４ｍＡ以上から２０ｍＡ以下で一次関数的に増大する電流値の制御信号５０を第１電力調整器７に出力する。室温が目標温度に一致していると判断すると、制御信号（電流信号）５０を一定にする。この制御信号（電流信号）５０は、第１ヒータ３の目標出力を表す第１ヒータ出力信号を構成する。

図２は、第１電力調整器７の記憶部（図示せず）内に記憶されているマップの一例を表す図である。なお、図２に示すマップは、第２ヒータ４の出力が一定で変動しない範囲内で成立する。図２において、縦軸は、第１ヒータ３の容量（最大出力）に対する第１ヒータ３の出力の割合を示し、横軸は、温度センサ２が測定した環境試験室２０の温度を示す。また、Ｔｂは目標温度を表す。

図２に示す例では、第１電力調整器７は、温度指示調節計１２から中間電流値である１２ｍＡ（（２０＋４）／２）の制御信号を受けると、第１ヒータ３がその容量の５０％の熱量を放出する電力を第１ヒータ３に供給する。また、第１電力調整器７は、温度指示調節計１２から受けた制御信号の電流値が１２ｍＡから大きくなるにしたがって放出熱量が上記５０％の熱量から一次関数的に増大する電力を第１ヒータ３に供給する。また、第１電力調整器７は、温度指示調節計１２から受けた制御信号の電流値が１２ｍＡから小さくなるにしたがって放出熱量が上記５０％の熱量から一次関数的に減少する電力を第１ヒータ３に供給する。温度センサ２の測定温度が下限閾値Ｔａ以下の温度では、第１ヒータ３は最大出力の熱量を放出する。また、温度センサ２の測定温度が上限閾値Ｔｃ以上の温度では、第１ヒータ３は出力を停止する。温度ＴがＴａ≦Ｔ≦Ｔｃの範囲では、第１ヒータ３の出力は、温度が高くなるにしたがって一次関数的に減少し、減少の変化率は一定となっている。

シーケンサ１４は、第１ヒータ出力信号を受け、第１ヒータ出力信号に基づいて第２電力調整器８に制御信号を出力する。詳しくは、シーケンサ１４は、第１ヒータ出力信号に基づいて、第１ヒータ３の出力が最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続していると判断すると、第２ヒータ４の出力を一定の第２設定出力だけ低くすることを表す第２ヒータ出力減段信号を第２電力調整器８に出力する。また、シーケンサ１４は、第１ヒータ出力信号に基づいて、第１ヒータ３の出力が最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続していると判断すると、第２ヒータ４の出力を一定の第４設定出力だけ高くすることを表す第２ヒータ出力増段信号を第２電力調整器８に出力する。

第２電力調整器８は、シーケンサ１４から受けた第２ヒータ４の目標出力を表す第２ヒータ出力信号に基づいて第２ヒータ４が該目標出力の熱量を放出する電力を第２ヒータ４に供給する。第２ヒータ出力減段信号は、低出力状態が第１所定時間継続しているときに出力される第２ヒータ出力信号であり、第２ヒータ出力増段信号は、高出力状態が第２所定時間継続しているときに出力される第２ヒータ出力信号である。第１及び第２ヒータ３,４から放出された熱で暖められた空気が、空気機３０内に配置された図示しないファンの駆動により矢印Ａで示す方向に流動して環境試験室２０内に放出される。環境試験室２０の室内温度は、この空気の放出によって制御される。

図３は、時間と、室内温度、第１ヒータ３の出力、及び第２ヒータ４の出力の夫々との関係の一例を表すグラフである。

図３に示す例では、時刻ｔａで室内温度が目標温度から上昇し始め、これに対応して第１ヒータ３の出力が徐々に下がっている。そして、時刻ｔｂに第１ヒータ３の出力が最小値（例えば、出力０の状態）となる低出力状態となり、該低出力状態が時刻ｔｃまで持続している。時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの期間においては、温度指示調節計１２が第１電力調整器７に継続して４ｍＡの制御信号を出力している。また、時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの期間においては、第２ヒータ４が略一定の出力を行っている。

なお、低出力状態とは、第１ヒータの出力が最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている状態のことであり、温度指示調節計１２が出力する電流信号の値が、上記下限閾値出力に対応する電流信号の値以下となっている状態のことである。図３に示す例では、第１設定出力が０ｋＷに設定されているが、第１設定出力は、０ｋＷより大きい正の値に設定されてもよい。例えば、第１設定出力は、第１ヒータの最大出力の５％、３％、又は２％等に設定されることができる。温度指示調節計１２は、微妙なふらつき（ゆらぎ）を有する電流信号を出力することがある。第１設定出力は、仕様毎に、温度指示調節計の電流信号における最大のふらつき幅よりも僅かに大きい値に対応する出力値に設定されると好ましい。

時刻ｔｂから時刻ｔｃまでの時間は、第１所定時間に一致する。シーケンサ１４は、時刻ｔｃに低出力状態が第１所定時間継続したと判断し、第２ヒータ出力減段信号を第２電力調整器８に出力する。第１所定時間は、０時間を含む如何なる時間に設定されてもよく、例えば、２分、１分、３０秒、２０秒、又は１０秒等に設定されてもよい。第２電力調整器８は、第２ヒータ出力減段信号基づいて第２ヒータ４の出力が時刻ｔｃから時刻ｔｄの間に一定の第２設定出力Ｐだけ徐々に低下するように第２ヒータ４に供給する電力を制御する。第２設定出力Ｐの大きさに制限はないが、第２設定出力Ｐは、第１ヒータの容量以下であれば好ましく、第１ヒータの容量の３０％〜７０％の出力であれば更に好ましく、第１ヒータの容量の４０〜６０であれば最も好ましい。

室温は、上昇が時刻ｔｄで止まり、時刻ｔｄで下降に転じる。そして、室温は、時刻ｔｅになると目標温度に略一致し、更に時間の経過と共に徐々に低下している。第１ヒータ３の出力は、室温が下降に転じる時刻ｔｄから時間の経過と共に徐々に上昇している。そして、時刻ｔｆになると、第１電力調整器７は、温度指示調節計１２から２０ｍＡの制御信号を受けて、第１ヒータ３が最大出力となる電力を第１ヒータ３に供給する。換言すると、時刻ｔｆに第１ヒータ３の出力が最大値となる高出力状態となり、該高出力状態が時刻ｔｇまで持続している。時刻ｔｆから時刻ｔｇまでの期間においては、温度指示調節計１２が第１電力調整器７に継続して２０ｍＡの制御信号を出力している。また、時刻ｔｆから時刻ｔｇまでの期間においては、第２ヒータ４が略一定の出力を行っている。

なお、高出力状態とは、第１ヒータの出力が最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている状態のことであり、温度指示調節計１２が出力する電流信号の値が、上記上限閾値出力に対応する電流信号の値以上となっている状態のことである。図３に示す例では、第３設定出力が０ｋＷに設定されているが、第３設定出力は、０ｋＷより大きい正の値に設定されてもよい。例えば、第３設定出力は、第１ヒータの最大出力の５％、３％、又は２％等に設定されることができる。温度指示調節計１２は、微妙なふらつき（ゆらぎ）を有する電流信号を出力することがある。第３設定出力は、仕様毎に、温度指示調節計の電流信号における最大のふらつき幅よりも僅かに大きい値に対応する出力値に設定されると好ましい。また、第３設定出力は、第１設定出力と同じ値に設定されてもよく異なる値に設定されてもよい。

時刻ｔｆから時刻ｔｇまでの時間は、第２所定時間に一致する。シーケンサ１４は、時刻ｔｇに高出力状態が第２所定時間継続したと判断し、第２ヒータ出力増段信号を第２電力調整器８に出力する。第２所定時間は、０時間を含む如何なる時間に設定されてもよく、例えば、２分、１分、３０秒、２０秒、又は１０秒等に設定されてもよい。第２電力調整器８は、第２ヒータ出力増段信号基づいて第２ヒータ４の出力が時刻ｔｇから時刻ｔｈの間に一定の第４設定出力Ｐだけ徐々に増大するように第２ヒータ４に供給する電力を制御する。

第４設定出力Ｐの大きさに制限はないが、第４設定出力Ｐは、第１ヒータ３の容量以下であれば好ましく、第１ヒータ３の容量の３０％〜７０％の出力であれば更に好ましく、第１ヒータ３の容量の４０〜６０であれば最も好ましい。なお、図３に示す例では、第２設定出力と第４設定出力が、ともに出力Ｐであって一致するが、第２設定出力と第４設定出力は、互いに異なる値に設定されてもよい。また、第２所定時間は、第１所定時間と同じ時間に設定されてもよく異なる時間に設定されてもよい。また、第２ヒータ４の出力を第４設定出力だけ増大させるのに要する時間は、第２ヒータ４の出力を第２設定出力だけ減少させるのに要する時間と同じ時間に設定されてもよく異なる時間に設定されてもよい。

時刻ｔｈから時刻ｔｉまでの期間においては、温度指示調節計１２が第１電力調整器７に継続して２０ｍＡの制御信号を出力している。また、時刻ｔｈから時刻ｔｉまでの期間においては、第２ヒータ４が略一定の出力を行っている。時刻ｔｈから時刻ｔｉまでの時間は、第２所定時間に一致する。シーケンサ１４は、時刻ｔｉに高出力状態が第２所定時間継続したと判断し、第２ヒータ出力増段信号を第２電力調整器８に出力する。第２電力調整器８は、第２ヒータ出力増段信号基づいて第２ヒータ４の出力が時刻ｔｉから時刻ｔｊの間に第４設定出力Ｐだけ徐々に増大するように第２ヒータ４に供給する電力を制御する。時刻ｔｊの後、室温は、徐々に上昇し、時刻ｔｋにおいて略目標温度まで回復している。

図３に示す例では、小容量の第１ヒータ３の出力が第１ヒータ３の最小出力から第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続した状態で温度測定対象の一例としての室内スペースの温度（室温）が目標温度よりも第１所定温度以上である場合に第２ヒータ４の出力を第２設定出力だけ減少させている。また、第１ヒータ３の出力が第１ヒータ３の最大出力から第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続した状態で室温が上記目標温度よりも第２所定温度以下である場合に第２ヒータ４の出力を第４設定出力だけ増大させている。上記第１及び第２所定温度の夫々は、精密な温度制御を行う場合には、例えば０.１℃程度の温度に設定できる。しかし、上記第１及び第２所定温度の夫々は、仕様毎に適切に設定されればよく、例えば、１０℃、５℃、３℃、２℃、又は０.５℃等に設定できる。なお、上記第１所定温度と上記第２所定温度は、同一温度でもよく、異なる温度でもよい。

上記実施形態によれば、大容量の第２ヒータ４の出力を一定の設定出力だけ段階的に増大及び減少させることができ、室の温度を大雑把に目標温度（設定温度）に近づけることができる。また、室の温度が目標温度に近い温度になった状態で、小容量の第１ヒータ３の出力を室の温度が目標温度になるように精度高く調整できる。また、温度制御装置１は、温度センサ２を１つしか必要とせず、互いに独立な複数の温度制御装置を備える構成でないので、ハンチングが起こることがなく、ハンチングに起因して温度が不安定になることもない。よって、高精度の温度制御を実行し易い。

また、第２ヒータ４において、減段する第２設定出力及び増段する第４設定出力の夫々は、第１ヒータ３の容量の４０％以上６０％以下としてもよい。

上記構成によれば、第２ヒータ４の段階的な出力増減により変動する出力が、第１ヒータ３の容量の５０％程度となるので、第２ヒータ４の段階的な出力増減の際に、出力変動が過度に大きくなることがなく、温度変動が大きくなることがない。よって、上記出力増減を行った後での小容量の第１ヒータ３の出力調整を有効に機能させ易く、精密な温度制御を行い易い。

更には、第２電力調整器８は、第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータ４の出力を第２設定出力だけ低下するまで徐々に減少させる一方、第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータ４の出力を第４設定出力だけ増大するまで徐々に増大させてもよい。

本構成によれば、単位時間あたりの温度変化を小さくできて、温度を精密に制御し易くて好ましい。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、第２電力調整器８が、第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータ４の出力を一定の第２設定出力だけ低下するまで徐々に減少させる一方、第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータ４の出力を一定の第４設定出力だけ増大するまで徐々に増大させる場合について説明した。

しかし、図４、すなわち、変形例の温度制御装置における、第１及び第２ヒータの出力と、時間の関係を表すグラフに示すように、第１ヒータ（第１ＥＨ）において、低出力状態が第１所定時間ｔｌの間継続して、第２ヒータ出力調整器が第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータ（第２ＥＨ）の出力を瞬時に一定の第２設定出力Ｐ’だけ減少させてもよい。また、図示はしないが、第１ヒータにおいて、高出力状態が第２所定時間継続して、第２ヒータ出力調整器が第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータの出力を瞬時に一定の第４設定出力だけ増大させてもよい。本構成によれば、段階的な出力の増減を簡易な制御で実現できる。

また、制御装置１０が、ＰＩＤ制御する場合について説明したが、制御装置は、ＰＩＤ制御以外の制御を行ってもよく、例えば、設定値（目標値）と現在値との差に比例しない制御を行ってもよい。また、温度指示調節計１２がＩＥＣで規定された４ｍＡ以上２０ｍＡ以下の電流信号を出力する場合について説明したが、温度指示調節計１２は、４ｍＡ〜２０ｍＡ以外の直流信号、例えば、０〜１０ｍＡの直流信号等を出力してもよく、又は交流電流信号を出力してもよい。また、第１及び第２ヒータ出力調整器が、第１及び第２電力調整器７,８である場合について説明したが、第１及び第２ヒータ出力調整器の少なくとも一方は、第１及び第２ヒータに流れる電流を調整する直流ドライバ等の電流調整器で構成されてもよい。また、制御装置１０が、互いに別体の温度指示調節計１２とシーケンサ１４を含む場合について説明したが、制御装置は、一体のコンピュータで構成されてもよい。また、第１及び第２ヒータ３,４が空調機３０内に配置され、第１及び第２ヒータ３,４によって暖められた空気をファンで環境試験室２０内に導入する場合について説明した。しかし、第１及び第２ヒータは、室内に直に配置されてもよい。

要は、温度制御装置の制御装置は、温度センサから受けた温度を表す温度信号に基づいて、第１ヒータの目標出力を表す第１ヒータ出力信号を第１ヒータ出力調整器に出力できる構成であればよい。また、温度制御装置の制御装置は、上記温度信号に基づいて、第１ヒータの出力が最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続していると判断すると、第２ヒータの出力を一定の第２設定出力だけ低くすることを表す第２ヒータ出力減段信号を第２ヒータ出力調整器に出力する一方、第１ヒータの出力が最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続していると判断すると、第２ヒータの出力を一定の第４設定出力だけ高くすることを表す第２ヒータ出力増段信号を第２ヒータ出力調整器に出力できる構成であればよい。

また、温度測定対象が、室（スペース）であって、第１及び第２ヒータ３,４で室温を調整する場合について説明したが、温度測定対象は、物であってもよく、第１及び第２ヒータで物の温度を調整してもよい。

１温度制御装置、２温度センサ、３第１ヒータ、４第２ヒータ、７第１電力調整器、８第２電力調整器、１０制御装置、１２温度指示調節計、１４シーケンサ、２０環境試験室、３０空調機、５０制御信号。

Claims

温度センサと、
第１ヒータと、
前記第１ヒータよりも容量が大きい第２ヒータと、
前記第１ヒータの出力を調整する第１ヒータ出力調整器と、
前記第２ヒータの出力を調整する第２ヒータ出力調整器と、
前記温度センサから受けた温度を表す温度信号に基づいて、前記第１ヒータの目標出力を表す第１ヒータ出力信号を前記第１ヒータ出力調整器に出力し、更に、前記第１ヒータの出力が最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータの出力を一定の第２設定出力だけ低くすることを表す第２ヒータ出力減段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力する一方、前記第１ヒータの出力が最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータの出力を一定の第４設定出力だけ高くすることを表す第２ヒータ出力増段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力する制御装置と、
を備える温度制御装置。
請求項１に記載の温度制御装置において、
前記制御装置は、
前記温度センサから前記温度信号を受け、前記第１ヒータ出力信号を前記第１ヒータ出力調整器に出力する温度指示調節計と、
前記温度指示調節計から受けた前記第１ヒータ出力信号に基づいて、前記低出力状態が前記第１所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータ出力減段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力し、前記高出力状態が前記第２所定時間継続していると判断すると、前記第２ヒータ出力増段信号を前記第２ヒータ出力調整器に出力するシーケンサと、
を有する温度制御装置。
請求項１に記載の温度制御装置において、
前記第２設定出力及び前記第４設定出力の夫々は、前記第１ヒータの容量の４０％以上６０％以下である、温度制御装置。
請求項１に記載の温度制御装置において、
前記第２ヒータ出力調整器は、前記第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータの出力を前記第２設定出力だけ低下するまで徐々に減少させる一方、前記第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータの出力を前記第４設定出力だけ増大するまで徐々に増大させ、
前記第１所定時間及び前記第２所定時間の間、前記第２ヒータは、略一定の出力を行っている、温度制御装置。
請求項１に記載の温度制御装置において、
前記第２ヒータ出力調整器は、前記第２ヒータ出力減段信号を受けると第２ヒータの出力を瞬時に前記第２設定出力減少させ、前記第２ヒータ出力増段信号を受けると第２ヒータの出力を瞬時に前記第４設定出力だけ増大させ、前記第１所定時間及び前記第２所定時間の間、前記第２ヒータは略一定の出力を行っている、温度制御装置。
第２ヒータよりも容量が小さい第１ヒータの出力が前記第１ヒータの最小出力から一定の第１設定出力だけ高い下限閾値出力以下になっている低出力状態が第１所定時間継続した状態で温度測定対象の温度が目標温度よりも第１所定温度以上である場合に前記第２ヒータの出力を一定の第２設定出力だけ減少させる一方、前記第１ヒータの出力が前記第１ヒータの最大出力から一定の第３設定出力だけ低い上限閾値出力以上になっている高出力状態が第２所定時間継続した状態で前記温度測定対象の温度が前記目標温度よりも第２所定温度以下である場合に前記第２ヒータの出力を一定の第４設定出力だけ増大させる、温度制御方法。
請求項６に記載の温度制御方法において、
前記第２設定出力及び前記第４設定出力の夫々は、前記第１ヒータの容量の４０％以上６０％以下である、温度制御方法。