JPH0120368B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は多点温度測定方式に関し、さらに詳し
くは、多数の測定点の温度を３線式測温抵抗体を
使用して測定する方式に関する。

多数の測定点の温度を時分割的に選択して測定
する、いわゆる多点温度測定方式としては、従
来、第１図に示すようなものが知られている。

第１図において、２₁，……２ｎは、ｎ個の測
定点について各１個づつ設けた測温抵抗体であ
り、３₁，……３ｎおよび４₁，……４ｎは各測温
抵抗体２₁，……２ｎの給電端子、５₁，……５ｎ
は検出端子である。すなわち、上記測温抵抗体２
_１，……２ｎは、一般に３線式測温抵抗体と呼ば
れるものである。そして、各測温抵抗体２₁，…
…２ｎの一方の給電端子３₁，……３ｎは、導線
６₁，……６ｎおよび辺抵抗７₁，……７ｎを介し
て定電圧電源＋Ｂに接続され、また他方の給電端
子４₁，……４ｎは、導線８₁，……８ｎと辺抵抗
９₁，……９ｎを介して接地され、各測温抵抗体
２₁，……２ｎは、辺抵抗９₁，……９ｎと、別の
辺抵抗７₁，……７ｎと、各測定点に共通の辺抵
抗１，１′とともにブリツジを構成している。ま
た、上記各検出端子５₁，……５ｎは、導線１０
_１，……１０ｎと、時分割的に選択されるマルチ
プレクサスイツチ１５₁，……１５ｎを介して各
測定点に共通の母線１１に接続されている。さら
に、上記ブリツジは、増幅器１２およびアナロ
グ／デジタル変換器１３を介してデータ処理装置
１４に接続されている。

さて、いま第１の測定点について説明すると、
測定点の温度が変わり、測温抵抗体２₁の抵抗値
が変わつたことによつて生ずるブリツジの不平衡
電圧、つまり測定電圧信号は、検出端子５₁を介
して取り出され、導線１０₁、マルチプレクサス
イツチ１５₁、母線１１を介して増幅器１２に入
力され、増幅される。アナログ／デジタル変換器
１３は、この増幅された測定信号をデジタル信号
に変換し、データ処理装置１４に送る。データ処
理装置１４は、温度を指示、記録したり、制御す
る機能を有していて、このデータ処理装置１４に
よつて第１の測定点の温度を知ることができるわ
けである。他の測定点についても全く同様に測定
が行われるが、その選択はマルチプレクサスイツ
チ１５₁，……１５ｎの切り換えによつて行われ
る。

この方式においては、導線６₁，……６ｎおよ
び８₁，……８ｎの抵抗が測定精度に影響を及ぼ
すことになる。そのため、次のような構成上の工
夫をしている。

すなわち、たとえば第１の測定点に関して、辺
抵抗７₁，１および１′の抵抗値をともにr₁、辺抵
抗９₁の抵抗値をr₂、測定範囲の中心温度におけ
る測温抵抗体２₁の抵抗値をrtmとし、導線７₁の
抵抗値が導線９₁のそれと同じであるとして、
rtm＝r₁−r₂になるように辺抵抗７₁、９₁の抵抗
値r₁、r₂を選定しておく。そうすると、温度が変
わり、測温抵抗体２₁の抵抗値が変わつたことに
よる電流変化の影響を考慮しないなら、上記温度
を中心とした極く狭い範囲では導線抵抗が補償さ
れ、かなりの精度での測定が可能になる。

しかしながら、そのためには各測定点について
高価な精密辺抵抗が２個づつ必要となり、コスト
が高くなる。この精密辺抵抗によるコストの上昇
は、このような方式は測定点の数が極めて多く、
ときには数千点にも及ぶことがあるので決して無
視できない。また、測定温度範囲が変わるたびに
上記辺抵抗を適当な抵抗値のものと取り換え、上
述したrtm＝r₁−r₂なる条件が得られるように調
整しなおす必要があるという欠点もある。

本発明の目的は、従来の方式の上記欠点を解決
し、各測定点について高価な精密辺抵抗をただ１
個に減らすことができ、コストを低減することが
できるばかりか、測定温度範囲が変わつてもその
辺抵抗を交換する必要がない多点温度測定方式を
提供するにある。

上記目的を達成するための本発明は、一対の給
電端子と１個の検出端子を有する３線式測温抵抗
体を複数の測定点について各１個づつ配置し、測
定点を時分割的に選択して各測定点の温度を測定
する方式において、前記測温抵抗体の一方の給電
端子を、第１の導線と、抵抗を介して電源に接続
し、他方の給電端子を第２の導線を介して接地
し、前記第１、第２の導線による電圧降下を含む
測温抵抗体の電圧降下をデジタル電圧信号に変換
し、その電圧信号をデジタル抵抗信号に変換し、
その抵抗信号に含まれている第１、第２の導線抵
抗をあらかじめ作成しておいた導線抵抗表に基づ
いて補償した後デジタル温度信号に変換する多点
温度測定方式を特徴とするものである。

本発明の方式を詳細に説明するに、第２図にお
いて、２₁，……２ｎは、ｎ個の測定点について
各１個づつ設けた測温抵抗体である。これら測温
抵抗体２₁，……２ｎは、上述した従来の方式の
それと同様、給電端子３₁，……３ｎおよび４₁，
……４ｎと、検出端子５₁，……５ｎを有する３
線式測温抵抗体である。そして、一方の給電端子
３₁，……３ｎは、導線６₁，……６ｎおよび辺抵
抗７₁，……７ｎを介して定電圧電源＋Ｂに接続
されている。また、上記導線６₁，……６ｎと辺
抵抗７₁，……７ｎの接続点は、時分割的に選択
されるマルチプレクサスイツチ１６₁，……１６
ｎを介して各測定点に共通の母線１１に接続され
ている。一方、他方の給電端子４₁，……４ｎは、
辺抵抗を介することなく導線８₁，……８ｎのみ
を介して接地されている。すなわち、定電圧電源
＋Ｂから、辺抵抗７₁，……７ｎ、導線６₁，……
６ｎ、測温抵抗体２₁，……２ｎ、導線８₁，……
８ｎを通つて接地点（共通電位点）に至る抵抗測
定回路が構成されている。また、上記検出端子５
_１，……５ｎは、導線１０₁，……１０ｎと、時分
割的に選択されるマルチプレクサスイツチ１５₁，
……１５ｎを介して上記母線１１に接続されてい
る。上記母線１１は、増幅器１２に接続され、ま
たこの増幅器１２には、辺抵抗１，１′の接続点
が接続されている。さらに、上記増幅器１２の出
力側には、アナログ／デジタル変換器１３および
データ変換器１７を介してデータ処理装置１４が
接続されている。上記データ変換器１７は、電圧
―抵抗変換手段１８と、導線抵抗補正手段１９、
抵抗―温度変換手段２０と、導線抵抗判別手段２
１と、導線抵抗表（メモリ）２２と、電圧―抵抗
線形化補正表（メモリ）２３と、抵抗―温度線形
化補正表（メモリ）２４と、測定点選択手段２５
を有している。

上記において、電圧―抵抗線形化補正表２３と
抵抗―温度線形化補正表２４は、装置を設計する
際に作成され、組み込まれている。もつとも、本
発明においては、抵抗―温度線形化補正表２４を
設ける必要は必ずしもないものである。以下、こ
れらの表を設けている理由を説明する。

いま、上述した抵抗測定回路において、定電圧
電源＋Ｂの電圧をes、辺抵抗７₁，……７ｎの抵
抗値をrs、任意の温度ｔ℃における測温抵抗体２
_１，……２ｎの抵抗値をrt、導線６₁，……６ｎお
よび８₁，……８ｎの抵抗値をともにra（ただし、
各抵抗回路内においては、各導線６₁と８₁、６ｎ
と８ｎの抵抗値が互に等しいものとする）、マル
チプレクサスイツチ１６₁，……１６ｎを介して
取り出される、辺抵抗７₁，……７ｎと導線６₁，
……６ｎの接続点の電圧をex、マルチプレクサ
スイツチ１５₁，………１５ｎを介して取り出さ
れる検出端子５₁，……５ｎの電圧をey、抵抗測
定回路に流れる電流をｉとし、増幅器１２に電流
が流れないものとすると、次の(1)〜(3)式が成立す
る。

ex＝ｉ（rt＋２・ra） ……(1) ey＝ｉ（rt＋ra） ……(2) ｉ＝es／（rs＋rt＋２・ra） ……(3) したがつて、rtは、上記(1)、(3)式から、 rt＝〔rs・ex／（es−ex）〕−２・ra ……(4) また、上記(2)、(3)式から、 rt＝〔rs・ey／（es−ex）〕−ra ……(5) が成立し、さらに、上記(4)、(5)式から、 ra＝〔rs・ex／（es−ex）〕 −〔rs・ex・ey／ex（es−ex）〕 ……(6) が成立する。

上記において、(5)式は、測温抵抗体の検出端子
の電圧を測定してその抵抗値を算出する場合に通
常使用する関係式であるが、これからrtを求める
ためにはexとeyを同時に測定する必要があり、
不便である。そこで、本発明においては、かかる
不便を解消するため、導線６₁，……６ｎと８₁，
……８ｎの抵抗を含む電圧exを測定し、後述す
る電圧―抵抗変換によつて導線６₁，……６ｎと
辺抵抗７₁，……７ｎの接続点までの抵抗値rx＝
rt＋２・raに変換した後、この値から上記(6)式に
よつて求められる導線抵抗、つまり２・raを引い
てrtを測定するのである。したがつて、測定時に
は単にexのみを測定すればよく、eyは導線抵抗
表２２を作成する時にのみ測定することでよい。

ところで、上記rxは、 rx＝rt＋２・ra＝rs・ex／（es−ex） ……(7) であり、esとrsは定数であるから、exを測定すれ
ば、上記(7)式からrxが一義的に定まる。しかし
ながら、実際にアナログ／デジタル変換器１３に
入力される電圧は、０℃における測温抵抗体の抵
抗値rtoたはゼロ点温度tzにおける測温抵抗体の
抵抗値rtzに相当する、辺抵抗１，１′によつて与
えられる基準電圧（以下、ゼロシフト量という）
との差であるから、これを補正する演算が必要に
なつてくる。この場合exはesにくらべて非常に
小さいので、高精度の演算が必要になるばかり
か、演算時間も長くなる。そのため、本発明にお
いては、上記補正を行うとともに、短時間でRx
を測定することができるよう電圧―抵抗変換手段
１８と電圧―抵抗線形化補正表２３を設けてい
る。

次に、測温抵抗体の抵抗値rtと温度ｔとの関係
は、０℃における測温抵抗体の抵抗値をrt₀、温
度係数をα、β（ただし、α＝0.39749×10^-2、β
＝−0.58937×10^-6）とすると、 rt＝rt₀（１＋α・ｔ＋β・t₂） ……(8) という非線形な関係にあり、これから式 ｔ〔１＋（ｔ・β／α）〕＝（rt−rto）／α・rto
……(9) に基づいて温度ｔを求める必要がある。しかしな
がら、これもまた大変やつかいなことである。そ
こで、本発明においては、抵抗―温度変換手段２
０と低抗―温度線形化補正表２４を設ける。

次に、上記電圧―抵抗線形化補正表２３と抵抗
―温度線形化補正表２４の作成方法について説明
する。

まず、設計時に、使用する測温抵抗体の種類、
つまり０℃における抵抗値がいくらのものを使用
するかといつたことや、得たい測定精度に応じ
て、アナログ／デジタル変換器１３を選定する。
さらに、定電圧電源＋Ｂの電圧es、辺抵抗７₁，
……７ｎの抵抗値rs、辺抵抗１の抵抗値を決め
る。辺抵抗１の抵抗値はrsに等しくしておく。ま
た、辺抵抗２の抵抗値rtz、測定範囲の零点にお
ける温度tzおよびフルスケールにおける温度tfs
を決める。この場合、上記tfsには、導線抵抗の
許容値に相当する温度を含めておく。これらの条
件が決まると、上記(4)、(7)、(8)および(9)式におけ
る定数が決まる。すると、アナログ／デジタル変
換器１３の出力電圧信号Exは、増幅器１４の増
幅度を調整することにより、Ex＝Ke（ex−etz）
となる。ここにおいて、Exは正規化された量子
化電圧であり、Keは量子化定数、etzは上述した
ゼロシフト量である。そこで、正規化された量子
化電圧信号Ｅ、抵抗信号Ｒおよび温度信号Ｔを、
それぞれ Ｅ＝Ke（et−etz） ＝Ｋ（et−etz）／（etfs−etz） ……(10) Ｒ＝Kr（rt−rtz） ＝Ｋ（rt−rtz）／（rtfs−rtz） ……(11) Ｔ＝Kt（ｔ−tz） ＝Ｋ（ｔ−tz）／（tfs−tz） ……(12) とおき、任意の温度ｔに相当する測温抵抗体の抵
抗値rtおよびそのときの電圧etが、それぞれ零点
温度tzに相当するrtz、etzにおいて上記Ｅ、Ｒ、
Ｔが０になり、またフルスケール点温度tfsに相
当するrfs、etfsにおいて上記Ｅ、Ｒ、ＴがＫにな
るように上記(10)〜(12)式を定義する。上記におい
て、et、etzおよびetfsは、(1)および(3)式において
raを零とおいて得られる式 et＝es・rt／（rs＋rt） ……(13) に測温抵抗体の抵抗値rtを代入して得る。

次に、抵抗測定回路の抵抗変化に伴つて電流ｉ
が変化することによる誤差△Ｅは、測定温度範囲
tzからtfzまで(8)式によりrtを求め、その値を上記
（13）式に代入して得られるetについて計算し、
さらに(10)、(11)式に代入して、式 △Ｅ＝Ｅ−Ｒ ＝Ｋ｛〔（et−etz） ／（etfs−etz）〕−〔（rt−rtz） ／（rtfs−rtz）〕｝ ……(14) によつて計算する。たとえば、(10)式における電圧
信号Ｅが温度換算で１℃に相当する補正量△Ｅを
測定温度範囲全域にわたつて計算する。この計算
結果を電圧―抵抗線形化補正表２３に記録してお
くわけである。このようにして、電圧―抵抗線形
化補正表２３が作られる。

次に、抵抗―温度線形化補正表２４の作成であ
るが、まず、(9)式の関係を用い、測温抵抗体の抵
抗値に相当する抵抗信号から、線形化した温度信
号に変換する線形化補正量△Ｒを、測定温度範囲
のtzからtfsまで、(8)式によつて算出したrtについ
て、(11)、(12)式を用い、式 △Ｒ＝Ｒ−Ｔ ＝Ｋ｛〔（rt−rtz） ／（rtfs−rtz）〕−〔（ｒ−tz） ／（tfs−tz）〕｝ ……(15) によつて計算する。たとえば、(11)式による抵抗信
号Ｒが、温度換算で１℃に相当する間隔での線形
化補正量△Ｒを求めるわけである。そして、この
計算結果を抵抗―温度線形化補正表２４に記録し
ておく。さらに、ゼロシフト量etz、rtz、tzに相
当するEtz、Rtz、Tzについても、正規化した定
数として記録しておく。

次に、導線抵抗表２２の作成方法について説明
する。

まず、マルチプレクサスイツチ１６₁，……１
６ｎを時分割的に閉じ、導線６₁，……６ｎと辺
抵抗７₁，……７ｎの接続点の電圧exを、さらに
マルチプレクサスイツチ１５₁，……１５ｎを時
分割的に閉じて検出端子５₁，……５ｎの電圧ey
を、ともに増幅器１２、アナログ／デジタル変換
器１３を介して、それぞれEx、Eyとしてデータ
変換器１７に導き、一時記憶させる。データ変換
器１７に入力された各測定点のExについて、電
圧―抵抗変換手段１８は、上記入力信号をアドレ
ス信号Ex′として、あらかじめ作つておいた電圧
―抵抗線形化補正表２３から補正量△Ｅを読み出
し、Rx＝Ex−△Ｅなる計算を行い、導線抵抗を
含むrx＝rt−rtz＋２・raに相当する抵抗信号Rx
として、電圧信号Ex、Eyとともに導線抵抗判別
手段２１に送る。

導線抵抗判別手段２１は、入力された抵抗信号
Rxおよび電圧信号Ex、Eyから、上記(6)式の関係
を用いて導線抵抗を演算する。ここにおいて、入
力されたEx、Ey、Rxは、ゼロシフト量etzに相
当するEtz、rtzに相当するRtzを含んでいないか
ら、EtzとRtzを加算し、次式から２・raに相当
する導線抵抗Raを求める。

Ra＝２｛（Rx＋Rtz）−〔（Rx＋Rtz） ・（Ey＋Etz）／（Ex＋Etz）〕｝ ……(16) このような操作をすべての測定点について行
い、各測定点の導線抵抗値Ranを導線抵抗表２２
に入れておくわけである。

かくして、温度を測定するための準備が全て整
つた。次に、温度の測定について説明する。

温度の測定は、たとえば１秒の周期で、導線抵
抗２・raを含む測温抵抗体の抵抗値rtによる電圧
降下ex、すなわち、導線６₁，……６ｎと辺抵抗
７₁，……７ｎの接続点の電圧のみを測定するこ
とによつて達成される。

すなわち、各測定点の電圧exは、マルチプレ
クサスイツチ１６₁，……１６ｎを時分割的に閉
じることにより、増幅器１２、アナログ／デジタ
ル変換器１３を介して電圧信号Ex＝Ke（ex−
etz）としてデータ変換器１７に導かれる。

上記Exは、電圧−抵抗変換手段１８によつて、
上記電圧信号をアドレス信号Ex′として電圧−抵
抗線形化補正表２８から補正量△Ｅを読み出し、
Rx＝Ex−△Ｅなる信号変換を行い、導線抵抗を
含んだrx＝rt−rtz＋２・raに相当する抵抗信号
Rxとして導線抵抗補正手段１９に導かれる。

導線抵抗補正手段１９は、測定点ｎをアドレス
信号として、導線抵抗表２２からその測定点の導
線抵抗値Ranを読み出し、Rtx＝Rx−Ranなる補
正を行う。つまり、導線抵抗を補償するわけであ
る。そして、導線抵抗補正手段１９は、測温抵抗
体の抵抗値rtx＝rt−rtzに相当する抵抗信号Rtx
を抵抗―温度変換手段２０に送る。

抵抗―温度変換手段２０は、入力された抵抗信
号をアドレス信号Rtx′として、抵抗―温度線形
化補正表２４から補正量△Ｒを読み出し、Ｔ＝
Rtx−△Ｒなる補正を行つたうえでデータ処理装
置１４に導く。

データ処理装置１４は、その測定点の温度を指
示、記録したり、制御する機能を有しており、こ
れによりその測定点の温度を測定することができ
るわけである。

導線抵抗表２２の値は、測定精度を長期間にわ
たつて保証するため、周囲の温度変化による導線
抵抗値の変化に対応し得る周期、たとえば温度測
定周期のｎ倍の周期で、上述した方法によつて修
正する。

以上説明したように、本発明の多点温度測定方
式は、３線式測温抵抗体の一方の給電端子を、第
１の導線と、抵抗を介して電源に接続し、他方の
給電端子を第２の導線を介して接地し、上記第
１、第２の導線による電圧降下を含む測温抵抗体
の電圧降下をデジタル信号に変換し、その電圧信
号をデジタル抵抗信号に変換し、その抵抗信号に
含まれている第１、第２の導線抵抗をあらかじめ
作成しておいた導線抵抗表に基づいて補償した後
デジタル温度信号に変換するようにしているから
して、高価な精密辺抵抗を各測定点についてただ
１個設けることでよく、コストが低減される。す
なわち、上述した従来の方式においては、導線抵
抗の補償を各測定点に設けた辺抵抗でアナログ的
に行うので、２個の精密辺抵抗を必要とするが、
本発明においては、導線抵抗による電圧降下を含
む測温抵抗体の電圧降下を測定したうえでこれを
デジタル信号に変換し、これからデジタル的に導
線抵抗を差し引くから、各測定点には、測温抵抗
体に流れる電流を規制する目的の抵抗をただ１個
設けることでよい。しかも、導線抵抗の補償を導
線抵抗表を使用して行うから、演算処理が簡単
で、かつ速いばかりか、測定温度範囲が変わつて
も、その表の内容を更新することで各測定点の辺
抵抗をそのまま使用することができる。

また、本発明の方式は、デジタル電圧信号を一
旦デジタル抵抗信号に変換するからして、電圧―
抵抗線形化補正表を使用して、測温抵抗体および
導線の抵抗値が変わり、それを流れる電流が変わ
ることによる測定誤差を取り除くことが可能にな
り、また抵抗―温度線形化補正表を設けた場合に
は、測温抵抗体の抵抗値と温度との関係が非線形
であることに基づく誤差をも補償することがで
き、測定範囲が拡大されるばかりか、その測定範
囲全域にわたつて高精度な測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の方式を示す概略ブロツク図、第
２図は本発明の方式の一実施態様を示す概略ブロ
ツク図である。 １，１′，７₁，……７ｎ，９₁，……９ｎ：辺
抵抗、２₁，……２ｎ：３線式測温抵抗体、３₁，
……３ｎ，４₁，……４ｎ：給電端子、５₁，……
５ｎ：検出端子、６₁，……６ｎ，８₁，……８
ｎ，１０₁，……１０ｎ：導線、１１：母線、１
２：増幅器、１３：アナログ／デジタル変換器、
１４：データ処理装置、１５₁，……１５ｎ，１
６₁，……１６ｎ：マルチプレクサスイツチ、１
７：データ変換器、１８：電圧―抵抗変換手段、
１９：導線抵抗補正手段、２０：抵抗―温度変換
手段、２１：導線抵抗判別手段、２２：導線抵抗
表、２３：電圧―抵抗線形化補正表、２４：抵抗
―温度線形化補正表、２５：測定点選択手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 一対の給電端子と１個の検出端子を有する３
   線式測温抵抗体を複数の測定点について各１個づ
   つ配置し、測定点を時分割的に選択して各測定点
   の温度を測定する方式において、前記測温抵抗体
   の一方の給電端子を、第１の導線と、抵抗を介し
   て電源に接続し、他方の給電端子を第２の導線を
   介して接地し、前記第１、第２の導線による電圧
   降下を含む測温抵抗体の電圧降下をデジタル電圧
   信号に変換し、その電圧信号をデジタル抵抗信号
   に変換し、その抵抗信号に含まれている第１、第
   ２の導線抵抗をあらかじめ作成しておいた導線抵
   抗表に基づいて補償した後デジタル温度信号に変
   換することを特徴とする多点温度測定方式。