JPH0151133B2 - - Google Patents

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JPH0151133B2
JPH0151133B2 JP23729283A JP23729283A JPH0151133B2 JP H0151133 B2 JPH0151133 B2 JP H0151133B2 JP 23729283 A JP23729283 A JP 23729283A JP 23729283 A JP23729283 A JP 23729283A JP H0151133 B2 JPH0151133 B2 JP H0151133B2
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JP
Japan
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circuit
temperature
voltage
compensation
temperature measurement
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JP23729283A
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Japanese (ja)
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JPS60129630A (en
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Shigeto Kanai
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Hioki EE Corp
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Hioki EE Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
    • G01K1/028Means for indicating or recording specially adapted for thermometers arrangements for numerical indication

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、熱電対を感温素子に用いたデイジ
タル温度計に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a digital thermometer using a thermocouple as a temperature sensing element.

熱電対の測温接点側に熱を加えると、その基準
接点側には測温接点側との温度差に応じて熱起電
力を生じるが、この熱起電力の大きさは測温接点
と基準接点間との温度差に対して直線的な比例関
係になく、いわゆる非直線特性を示すことが知ら
れている。熱電対を利用した従来のデイジタル温
度計においては、この非直線特性による誤差を打
ち消すためリニアライザと言われる誤差補正回路
を備えているものがあり、その一例が添付図面の
第1図に示されている。
When heat is applied to the temperature-measuring junction side of a thermocouple, a thermoelectromotive force is generated on the reference junction side according to the temperature difference between the temperature-measuring junction side and the temperature-measuring junction side. It is known that there is no linear proportional relationship with respect to the temperature difference between the contacts, and that it exhibits so-called non-linear characteristics. Some conventional digital thermometers that use thermocouples are equipped with an error correction circuit called a linearizer to cancel out errors caused by this nonlinear characteristic. An example of this is shown in Figure 1 of the attached drawings. There is.

同図を参照しながらそのような従来のデイジタ
ル温度計の概要を説明すると、温度測定の際、熱
電対1に発生する熱起電力の電圧と基準接点補償
回路2で形成された補償電圧とは差動回路3に送
られ、その出力には上記両電圧の差が得られるよ
うになつている。熱電対を用いた温度計において
は、その基準接点が0℃以外の温度、例えば室温
と同じ温度にあるような場合に、その状態で測定
対象物の温度を計ると、その測定値は基準接点の
温度を0℃に保持して測定した場合の値に対して
上記室温に相当する分だけズレが生じる。上記補
償電圧はこのズレを打ち消すためのものである。
差動回路3の出力側には上記したようにこれらの
補償電圧と熱起電力の電圧との差の電圧が現われ
る。この差の電圧は上記差動回路3から誤差補正
回路4へ測温信号として送られ、その非直線特性
が直線特性に変換された後、デコーダ回路5を介
して例えば液晶形素子などを有する表示回路6に
加えられ、測定温度の表示がなされるようになつ
ている。
To give an overview of such a conventional digital thermometer with reference to the figure, what is the voltage of the thermoelectromotive force generated in the thermocouple 1 and the compensation voltage formed by the reference junction compensation circuit 2 during temperature measurement? The voltage is sent to the differential circuit 3, and the difference between the two voltages is obtained as its output. In a thermometer that uses a thermocouple, if the reference junction is at a temperature other than 0°C, for example the same temperature as room temperature, and the temperature of the object to be measured is measured in that state, the measured value will be at the reference junction. There is a deviation from the value obtained when the temperature is maintained at 0° C. by an amount corresponding to the above-mentioned room temperature. The compensation voltage mentioned above is for canceling this deviation.
As described above, a voltage that is the difference between these compensation voltages and the voltage of the thermoelectromotive force appears on the output side of the differential circuit 3. This difference voltage is sent from the differential circuit 3 to the error correction circuit 4 as a temperature measurement signal, and after its non-linear characteristics are converted into linear characteristics, it is sent via a decoder circuit 5 to a display having, for example, a liquid crystal element. It is added to the circuit 6 to display the measured temperature.

この従来例においては、上記誤差補正回路4は
例えばA/Dコンバータ7とROMを含むマイク
ロコンピユータ8などで構成さている。上記差動
回路3から入力されたアナログの測温信号は、
A/Dコンバータ7においてデイジタルに変換さ
れ、マイクロコンピユータ8に送られる。このマ
イクロコンピユータ8においては、そのROM内
に上記熱電対1の温度に対する熱起電力特性の直
線化する補正用データが収納されており、このデ
ータを所定のタイミングで呼び出し、A/Dコン
バータ7から送られてくる測温信号に対し直線化
の演算処理を行つてデコーダ回路5へ送出するよ
うになつている。
In this conventional example, the error correction circuit 4 is composed of, for example, an A/D converter 7 and a microcomputer 8 including a ROM. The analog temperature measurement signal input from the differential circuit 3 is
The signal is converted into digital data by the A/D converter 7 and sent to the microcomputer 8. In this microcomputer 8, correction data for linearizing the thermoelectromotive force characteristics with respect to the temperature of the thermocouple 1 is stored in its ROM, and this data is called at a predetermined timing and sent from the A/D converter 7. The incoming temperature measurement signal is subjected to linearization processing and sent to the decoder circuit 5.

マイクロコンピユータを利用したこのような従
来のデイジタル温度計は、測温信号に対して複雑
な演算処理ができるので測定精度を上げることに
は役立つが、比較的高価な部品が多いため装置価
格が高くなり、また、実用上それほど高精度を必
要としない場合であつても価格の低下が容易でな
いという欠点があつた。
Conventional digital thermometers like this, which use a microcomputer, can perform complex arithmetic processing on the temperature measurement signal, which helps improve measurement accuracy, but the equipment is expensive because it has many relatively expensive parts. Furthermore, there is a drawback that the price cannot be easily reduced even in cases where high precision is not required in practice.

マイクロコンピユータを利用しないデイジタル
温度計の場合には、一般に、差動回路3から送出
される測温信号の絶体レベルを図示しないサンプ
リング回路等により適当なタイミングで抽出し、
この抽出レベルを例えば図示しない関数発生回路
などを介して直線化を計つてからA/D変換を行
つている。この場合、温度測定範囲が広くなると
測温信号も低レベルから高レベルまで広い範囲に
わたるようになり、それに伴つてサンプリング回
路や関数発生回路が複雑化するのを避けることが
困難であつた。
In the case of a digital thermometer that does not use a microcomputer, the absolute level of the temperature measurement signal sent from the differential circuit 3 is generally extracted at an appropriate timing by a sampling circuit (not shown), etc.
This extraction level is linearized via, for example, a function generating circuit (not shown), and then A/D conversion is performed. In this case, as the temperature measurement range widens, the temperature measurement signal also covers a wide range from low level to high level, and it has been difficult to avoid complication of the sampling circuit and function generation circuit.

この発明は上記の点に鑑みなされたもので、そ
の目的は、マイクロコンピユータを使用しないで
実用上十分な精度が得られ、かつ、構成が簡単で
低価格のデイジタル温度計を提供することにあ
る。
This invention was made in view of the above points, and its purpose is to provide a digital thermometer that has sufficient accuracy for practical use without using a microcomputer, is simple in construction, and is inexpensive. .

以下、この発明を添付図面の第2図に示された
実施例により詳細に説明する。なお、同図におい
て、上記第1図に示された従来例と同一の構成ユ
ニツトに対しては同一の参照符号が付されてい
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to an embodiment shown in FIG. 2 of the accompanying drawings. In this figure, the same reference numerals are given to the same structural units as those of the conventional example shown in FIG. 1 above.

第2図に示されたこの発明の実施例を上記従来
例と比較すると、誤差補正回路の構成が大きく異
なつている。すなわち、この誤差補正回路10
は、例えばバツフア回路12と折線近似回路13
およびA/Dコンバータ14などいずれも入手し
やすいユニツトからなり、比較的高価なマイクロ
コンピユータ等は含まれていない。次に順を追つ
て説明すると、温度測定によつて熱電対1に発生
した熱起電力の電圧は、例えば演算増幅器を用い
た差動回路3に送られる。一方、基準接点補償回
路2で形成された補償電圧は、バツフア回路12
を介して上記差動回路3に送られ、その出力側に
は従来例の場合と同様に上記熱起電力の電圧と補
償電圧の差の電圧が現われる。この差の電圧は測
温信号として次段のA/Dコンバータ14に送ら
れる。
Comparing the embodiment of the present invention shown in FIG. 2 with the conventional example described above, the configuration of the error correction circuit is greatly different. That is, this error correction circuit 10
For example, the buffer circuit 12 and the broken line approximation circuit 13
, A/D converter 14, and other units are easily available, and do not include a relatively expensive microcomputer or the like. Next, step by step, the voltage of the thermoelectromotive force generated in the thermocouple 1 by temperature measurement is sent to a differential circuit 3 using, for example, an operational amplifier. On the other hand, the compensation voltage formed by the reference junction compensation circuit 2 is
The voltage is sent to the differential circuit 3 via the differential circuit 3, and a voltage corresponding to the difference between the voltage of the thermoelectromotive force and the compensation voltage appears on the output side, as in the case of the conventional example. This voltage difference is sent to the next stage A/D converter 14 as a temperature measurement signal.

この実施例において、上記基準接点補償回路2
は、例えば抵抗と熱電対1の基準接点温度を検出
するためのダイオードとがブリツジ形に接続され
ており、上記基準接点温度があらかじめ設定され
た室温値などに対して上下に変動すると、その変
動に応じて上記補償電圧は正負の極性が反転する
ようになつている。また、上記バツフア回路12
は、例えば演算増幅器の出力側をその(−)入力
側に接続したいわゆる電圧ホロワ形の回路で構成
されており、このバツフア回路12の入力側と出
力側におのおの回路が接続されている場合、両回
路のインピーダンスが互いに影響し合わないよう
にされている。
In this embodiment, the reference junction compensation circuit 2
For example, a resistor and a diode for detecting the reference junction temperature of thermocouple 1 are connected in a bridge configuration, and when the reference junction temperature fluctuates above or below a preset room temperature value, the fluctuation The polarity of the above-mentioned compensation voltage is reversed depending on the polarity of the compensation voltage. In addition, the buffer circuit 12
is composed of a so-called voltage follower type circuit in which, for example, the output side of an operational amplifier is connected to its (-) input side, and when circuits are connected to the input side and output side of this buffer circuit 12, respectively, The impedances of both circuits are prevented from influencing each other.

上記熱起電力の電圧とバツフア回路12から送
出される補償電圧とは、それぞれ折線近似回路1
3にも入力される。この折線近似回路13は、例
えば演算増幅器と抵抗やコンデンサおよびダイオ
ード等で構成され、温度変化に対して電圧レベル
が曲線状に変化するような熱起電力の電圧と補償
電圧との合成電圧を、上記曲線に沿つた折線特性
の電圧に置換して出力するようになつている。こ
の置換された出力電圧は例えば積分形のA/Dコ
ンバータ14に送られ、上記差動回路3から入力
される測温信号をデイジタル値に変換するための
基準電圧として用いられるようになつている。
The voltage of the thermoelectromotive force and the compensation voltage sent out from the buffer circuit 12 are respectively
3 is also input. This polygonal line approximation circuit 13 is composed of, for example, an operational amplifier, a resistor, a capacitor, a diode, etc., and calculates a composite voltage of a thermoelectromotive force voltage and a compensation voltage whose voltage level changes in a curved manner with respect to temperature changes. It is designed to be replaced with a voltage having a polygonal characteristic along the above-mentioned curve and output. This substituted output voltage is sent to, for example, an integral type A/D converter 14, and is used as a reference voltage for converting the temperature measurement signal inputted from the differential circuit 3 into a digital value. .

第3図を参照しながら上記折線近似回路13と
A/Dコンバータ14の作用を説明すると、同図
イに示されているように、熱電対1からは測温接
点と基準接点間の温度差に応じて実線で示される
ような熱起電力が生じる。この場合、上記熱起電
力は基準接点の温度補償がなされた後の測温信号
と見なしてもよく、また、温度差0ないしt3℃を
温度測定範囲と考えてもよい。同図に示された仮
想線は、温度差に対して熱起電力の大きさが直線
的に変化するような理想特性の場合を表わしてい
る。
To explain the functions of the broken line approximation circuit 13 and the A/D converter 14 with reference to FIG. 3, as shown in FIG. In response to this, a thermoelectromotive force as shown by the solid line is generated. In this case, the thermoelectromotive force may be regarded as a temperature measurement signal after temperature compensation of the reference junction, and a temperature difference of 0 to t3° C. may be considered as the temperature measurement range. The virtual line shown in the figure represents a case of ideal characteristics in which the magnitude of thermoelectromotive force changes linearly with respect to temperature difference.

上記折線近似回路13においては、この温度測
定範囲を例えば0ないしt1℃、t1ないしt2℃、t2
ないしt3℃の3領域に分けた場合、それぞれの領
域に対する基準電圧が形成されるようなつてい
る。すなわち、イの仮想線で示されるような理想
直線特性の熱起電力をA/D変換する場合、その
基準電圧は同図ロの仮想線で示されるような一定
レベルの電圧でよいが、イの実線で示される非直
線特性の熱起電力については、理想直線特性から
のズレに対応してロの実線で示されるような曲線
状に変化する電圧を基準とすることが望ましい。
しかし、この場合には、温度測定範囲を細分して
それぞれの領域に対し基準電圧を形成する必要が
あり、回路が複雑となる。この実施例において
は、上記望ましい曲線状の基準電圧をロの点線で
示されるような3つの領域において折線に近似さ
せて置換したものである。これをA/Dコンバー
タ14の基準電圧に使用すれば、非直線特性の熱
起電力をそのまま上記A/Dコンバータ14の被
変換信号として入力した場合、その非直線部分が
基準電圧によつて打ち消され、変換されたデイジ
タル値は測定温度に対して実質的に直線特性とな
る。上記変換後の誤差の一例が同図ハに点線で示
されているが、測定温度範囲をさらに多くの領域
に分けて折線近似を行えば、この誤差もそれに伴
つて小さくなることは当然である。
In the above-mentioned broken line approximation circuit 13, this temperature measurement range is, for example, 0 to t1℃, t1 to t2℃, t2
When divided into three regions from t3°C to t3°C, a reference voltage for each region is formed. In other words, when converting a thermoelectromotive force with an ideal linear characteristic as shown by the imaginary line in A/D, the reference voltage may be a constant level voltage as shown in the imaginary line in B of the figure. Regarding the thermoelectromotive force having the non-linear characteristic shown by the solid line in (b), it is desirable to use a voltage that changes in a curved manner as shown by the solid line (b) in response to deviation from the ideal linear characteristic as a reference.
However, in this case, it is necessary to subdivide the temperature measurement range and form a reference voltage for each region, making the circuit complicated. In this embodiment, the desired curved reference voltage is replaced by approximating the curved line in three regions as shown by the dotted lines in (b). If this is used as the reference voltage of the A/D converter 14, when a thermoelectromotive force with nonlinear characteristics is directly input as a converted signal to the A/D converter 14, the nonlinear part will be canceled by the reference voltage. The converted digital value has a substantially linear characteristic with respect to the measured temperature. An example of the error after the above conversion is shown by the dotted line in Figure C, but it is natural that if the measured temperature range is divided into more regions and a broken line approximation is performed, this error will become smaller accordingly. .

上記直線特性に補正されたデイジタル出力は、
例えば論理素子などで構成されたデコーダ回路1
1を介して表示回路6に送られ、従来例と同様に
測定温度が表示されるようになつている。
The digital output corrected to the above linear characteristic is
For example, a decoder circuit 1 composed of logic elements, etc.
1 to a display circuit 6, and the measured temperature is displayed as in the conventional example.

以上詳細に説明したように、この発明によるデ
イジタル温度計は、バツフア回路12と折線近似
回路13とA/Dコンバータ14とからなる誤差
補正回路10を備えており、温度測定時において
は、基準接点温度の補償電圧がバツフア回路12
を介して熱起電力に加えられ、この両電圧の合成
により測温信号が形成されるようになつている。
一方、折線近似回路13においては、上記測温信
号からA/D変換用の基準電圧が形成される。こ
の基準電圧と上記測温信号とはそれぞれA/Dコ
ンバータ14に送られ、測温信号のデイジタル変
換が行われるようになつている。この誤差補正回
路10は公知の回路を利用した簡単な構成のもの
で、マイクロコンピユータを含んでいないため装
置のコストダウンに大きく寄与することができ
る。また、A/D変換される測温信号をあらかじ
めその絶対電圧レベルで直線化する場合に比べる
と、この誤差補正回路10においては折線近似回
路13の構成も極めて簡単である。
As described above in detail, the digital thermometer according to the present invention includes an error correction circuit 10 consisting of a buffer circuit 12, a broken line approximation circuit 13, and an A/D converter 14, and when measuring temperature, Temperature compensation voltage is buffer circuit 12
is added to the thermoelectromotive force via the voltage, and a temperature measurement signal is formed by combining both voltages.
On the other hand, in the polygonal line approximation circuit 13, a reference voltage for A/D conversion is formed from the temperature measurement signal. This reference voltage and the temperature measurement signal are each sent to an A/D converter 14, and the temperature measurement signal is digitally converted. This error correction circuit 10 has a simple configuration using a known circuit and does not include a microcomputer, which can greatly contribute to reducing the cost of the apparatus. Furthermore, compared to the case where the temperature measurement signal to be A/D converted is linearized in advance at its absolute voltage level, the configuration of the broken line approximation circuit 13 in this error correction circuit 10 is also extremely simple.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来のデイジタル温度計のブロツク線
図、第2図はこの発明に係るデイジタル温度計の
ブロツク線図、第3図はその熱起電力、基準電圧
および誤差等の説明図である。 図中、1は熱電対、2は基準接点補償回路、3
は差動回路、6は表示回路、10は誤差補正回
路、12はバツフア回路、13は折線近似回路、
14はA/Dコンバータである。
FIG. 1 is a block diagram of a conventional digital thermometer, FIG. 2 is a block diagram of a digital thermometer according to the present invention, and FIG. 3 is an explanatory diagram of thermoelectromotive force, reference voltage, error, etc. In the figure, 1 is a thermocouple, 2 is a reference junction compensation circuit, and 3 is a thermocouple.
is a differential circuit, 6 is a display circuit, 10 is an error correction circuit, 12 is a buffer circuit, 13 is a broken line approximation circuit,
14 is an A/D converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 基準接点補償回路からの補償電圧によりその
基準接点に対して温度補償が施された熱電対を感
温素子に用い、該感温素子に加えられる熱により
発生する熱起電力を誤差補正手段を介してデイジ
タル信号に変換しその温度を表示するようにした
デイジタル温度計において、 前記誤差補正手段は、前記基準接点補償回路か
らの補償電圧を受けこれを出力するバツフア回路
と、該バツフア回路から出力される前記補償電圧
と前記感温素子からの電圧との2つの電圧から測
温信号を形成する差動回路と、前記2つの信号を
受け前記測温信号の非直線特性を該非直線特性に
沿つた折線状特性の電圧に置換して出力する折線
近似回路と、該折線近似回路からの前記出力を基
準電圧とし、かつ、前記差動回路からの測温信号
を変換入力信号とするA/Dコンバータとを備え
てなることを特徴とするデイジタル温度計。
[Claims] 1. A thermocouple whose reference junction is temperature-compensated by a compensation voltage from a reference junction compensation circuit is used as a temperature-sensing element, and the thermocouple generated by heat applied to the temperature-sensing element is In a digital thermometer that converts electric power into a digital signal via an error correction means and displays the temperature thereof, the error correction means includes a buffer circuit that receives a compensation voltage from the reference junction compensation circuit and outputs it. , a differential circuit that forms a temperature measurement signal from two voltages, the compensation voltage output from the buffer circuit and the voltage from the temperature sensing element; and a nonlinear characteristic of the temperature measurement signal that receives the two signals. a polygonal line approximation circuit that replaces and outputs a voltage with a polygonal characteristic along the non-linear characteristic; and a polygonal line approximation circuit that uses the output from the polygonal linear approximation circuit as a reference voltage, and converts and inputs the temperature measurement signal from the differential circuit. A digital thermometer characterized by comprising an A/D converter for generating a signal.
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