JPH0331376B2 - - Google Patents

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JPH0331376B2
JPH0331376B2 JP15530883A JP15530883A JPH0331376B2 JP H0331376 B2 JPH0331376 B2 JP H0331376B2 JP 15530883 A JP15530883 A JP 15530883A JP 15530883 A JP15530883 A JP 15530883A JP H0331376 B2 JPH0331376 B2 JP H0331376B2
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JP
Japan
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temperature
oscillator
temperature detection
detection device
frequency
Prior art date
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JP15530883A
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JPS6046434A (ja
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Shigefumi Morishita
Yasuo Ehata
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPH0331376B2 publication Critical patent/JPH0331376B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/32Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using change of resonant frequency of a crystal

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、温度によつて発振周波数が変化す
る発振器を用いた温度検出装置に係り、特に較正
の容易な温度検出装置に関するものである。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
発振器型の温度検出装置としては、従来水晶発
振器や弾性表面波発振器を用いたものが知られて
いる。これは、原理的に水晶振動子や弾性表面波
素子の共振周波数が温度の関数として表現できる
ことから、温度係数の大きいカツト(例えばYs
カツト厚みすべり振動)の水晶振動子あるいは温
度係数の大きな結晶のLiNbO3基板による弾性表
面波共振子で発振器を構成したものを温度検知器
として用い発振周波数を周波数カウンタで計数し
温度を検知するものである。
第1図は水晶発振器を用いた従来の温度検出装
置の一例を示すものである。第1図において、温
度検知器1は水晶振動子2を備えた発振器3によ
つて構成され温度に応じた周波数の出力を発生す
る。
この出力を増幅器4により増幅し混合器5にお
いて局部発振器6よりの基準周波数信号と混合し
て周波数差信号を得る。これを増幅器7において
増幅しさらにアンド回路8においてタイムベース
9とのアンドをとり、この出力をカウンタ10よ
り計数して温度を検知しこれを表示器11に表示
させるものである。
また、第2図に示すものは、弾性表面波発振器
を用いた従来の温度検出装置の一例である。第2
図の温度検出装置は温度検知器21として弾性表
面共振子22による発振器23を用い、温度検知
側(送信機)と表示側(受信機)とを分離し、増
幅器4a,4bの間をアンテナ24a,24bを
用いて送受信する以外は第1図の構成と同様であ
り、同一部分を同一符号によつて表示している。
これらの温度検出装置において用いられる水晶
振動子2や弾性表面波共振子22の周波数と温度
の関係は下記の3次式で近似できる。
fT−fT0=fT0{1+A(T−T0) +B(T−T02+C(T−T03} …(1) fT:T℃における周波数 fT0:T0℃における周波数 T:任意の温度 T0:任意の基準温度 A、B、C、:1次、2次、3次の温度係数 なお、ABCの値は使用する結晶材料によつて
大きく変化する。例えば、YカツトZ伝搬の
LiNbO3基板による弾性表面波共振子の場合はほ
ぼ下記のような値となる。
A=−88.7×10-6、B=5.6×10-9、C=112.7×
10-12 そこで、次式に示すような演算を行なうことに
より温度を検知できる。
T=T0+{(fT−fT0)/fT0}/A…(2) また2次、3次の温度係数B、Cが無視できな
い場合には、これらを補正するような演算を行な
い測定精度を向上することも可能である。
(YカツトZ伝播LiNbO3の場合、直線性が良
好で補正なしで−10℃〜+60℃の温度範囲で±
0.1℃の非直線誤差であることが報告されてい
る。) ところが、この精度を実現し維持するには、任
意の基準温度T0における発振周波数fT0を微調し、
正しく温度検知ができるように較正する必要があ
る。また、長時間使用していると時間の経過とと
もに発振周波数fT0が変化して温度誤差を生じ、
当初の性能が得られなくなる。そこで、これに対
処するためには、定期的に温度表示が正しいかど
うかを検査して適切な較正を行なう必要が生じて
くる。
この較正は、従来温度が正確に保たれている雰
囲気で、第2図の場合でいえば、温度検知器21
を構成する発振器23の発振周波数を調整するこ
とにより行なつている。第3図は、第2図の温度
検知側の送信機の一例をさらに具体的に示した構
成図であり、第2図に対応する部分が同一符号に
よつて表示している。
図中Tr1は発振用のトランジスタ、Tr2は増幅
用のトランジスタ、25はバイアス安定回路、2
6は電源、27はトリマーコンデンサ、28〜3
1は抵抗、32,33はコンデンサであり、発振
器23はコルピツツ型として構成されている。
このような発振器23において、温度較正のた
めの周波数の調整はトリマーコンデンサ27を微
調整することによつて行なつている。しかし、ト
リマーコンデンサ27の微調整は熟練を要する面
倒な作業であり、的確な調整を行ない難い欠点が
あつた。
〔発明の目的〕
この発明は上記の欠点を除去し、熟練を必要と
せず容易かつ的確に較正を行なうことができると
ともに精度の高い測定の可能な温度検出装置を提
供しようとするものである。
〔発明の概要〕
この発明は、温度の検知に温度係数の大きな水
晶発振器や弾性表面波発振器のような温度に対し
て敏感でかつ安定な発振器を用い、この発振器出
力と安定な局部発振器からの基準周波数信号との
差周波数信号を得、これをカウンタで計数するこ
とにより温度を検知するとともに、前記局部発振
器の発振周波数を外部から変更できる機能を備え
これにより温度の較正を行なうことを特徴とする
ものである。
〔発明の効果〕 この発明によれば、基準となる局部発振器の発
振周波数を、演算部からのデータに基づき調整す
ることにより較正を行なうものであるため、温度
の較正が容易でありしたがつて常に高精度な温度
の測定が可能である。
〔発明の実施例〕
以下、第4図を参照してこの発明の一実施例を
説明する。
図において、温度検知器41は弾性表面波共振
子42を備えた弾性表面波発振器43よりなるも
ので、温度に応じた発振周波数出力(例えば25℃
において75.235MHz、温度変化6.6KHz/℃)を発
生し、この出力を増幅器44を介して電力増幅し
た後アンテナ45より空中に放射している。
一方、受信部はこの電波をアンテナ46により
受信し、受信信号を高周波増幅器47により増幅
した後第1の混合器48に供給する。この混合器
48には第1の局部発振器49が接続され、この
混合器48において高周波増幅器47の出力と安
定な局部発振出力とを混合して中間周波出力(例
えば10.7MHz)を得ている。
局部発振器49は電圧制御発振器として構成さ
れ、プリスケーラ50、PLL回路51、水晶振
動子52、低域フイルタ53により周波数シンセ
サイザとして所定のプラグラムのもとに局部発振
周波数を変更できるものである。
混合器48の中間周波出力は中間周波増幅器5
4により増幅された後第2の混合器55に供給さ
れる。混合器55には第2の局部発振器56が接
続され、この混合器55において中間周波増幅器
54の出力と安定でかつ0℃における中間周波数
に相当する局部発振出力(例えば10.522MHz)と
を混合し、温度検知器41の温度によつて変化し
た発振周波数の変化分のみを取り出している。
この信号を低周波増幅器57で増幅した後、ア
ンド回路58においてタイムベース59より供給
される0.01℃で変化する周波数66Hzの基準信号と
アンドをとり、カウンタ60に供給する。この
時、カウンタ60に入力される周波数の値は温度
そのものとなつている。したがつて、この温度信
号を演算手段としてのマイクロコンピユータ61
に入力し、例えばLEDよりなる温度表示器63
に温度表示させる。
この実施例では、データDをマイクロコンピユ
ータ61に入力して制御信号CSを出力し、危機
の温度制御が可能な構成になつている。すなわ
ち、演算手段であるマイクロコンピユータ61か
ら前記PLL回路51にデータを出力することが
でき、このデータに応じて局部発振器49の発振
周波数を変更することにより温度制御を行なうこ
とができる。
いま、温度較正を行なう場合は、第4図の左下
に示したように基準となる温度計64のプローグ
65を前述した温度検知器41と同じ温度雰囲気
内に置き、温度計64の表示置をマイクロコンピ
ユータ61のキー入力62から入力する。
このようにすると、マイクロコンピユータ61
からPLL回路51にデータを出力し、局部発振
器49の発振周波数を微調して基準温度計64の
温度表示と温度表示器63の表示が等しくなるよ
うな制御が行なわれ、温度較正が完了する。した
がつて、従来の温度検知器側でトリマーコンデン
サを調整する場合のような熟練を必要とせず、容
易かつ的確に較正を行なうことができる。
第5図はこの発明の他の実施例を示すものであ
る。第4図の実施例は、基準温度計64の表示値
をマイクロコンピユータ61のキー入力62とし
て入力するものであるが、この実施例はこれを直
接マイクロコンピユータ61に入力するものであ
る。その他の構成は第4図の場合と同じであるか
ら、同一部分に同一符号を付し説明を省略する。
この実施例においてもコンピユータ61におい
て基準温度計64の表示と温度表示器63の表示
が等しくなるように演算を行ない、その結果得ら
れたデータ出力をPLL回路51に加えて第4図
の実施例の場合と同様温度の較正を行ない得るも
のである。
次に第6図は温度検知器を含む送信側が複数個
ある場合で、理解の便宜上送信側の各構成要素は
対応する部分に同一数字にa、b、c…nのサフ
イツクスを付した符号により表示してある。
この実施例において、各温度検知器41a,4
1b,41c…41nはそれぞれ発振周波数がず
らして構成されている。温度信号を受信する場合
は、受信側の局部発振器49の発振周波数をマイ
クロコンピユータ61からの信号で切り変えて、
温度検知器41a,41b,41c…41nの置
いてある場所の温度をそれぞれ検知できるもので
ある。この場合にも、基準温度計64をそれぞれ
の位置に置き、基準温度計64の表示と温度表示
器63の表示が等しくなるように局部発振器49
の発振周波数を微調することにより温度の較正を
行なうことができる。
なお、この発明は上記各実施例に限定されるも
のではなく要旨を変更しない範囲において種々変
形して実施することができる。
例えば、上記各実施例では基準温度計64を受
信機と別に設けているが、これを受信機内に設け
る構成をとることもでき、このようにすると較正
機能を内蔵した温度検出装置として取り扱いが極
めて容易となりかつ正確な温度計側が可能とな
る。
また上記実施例は受信側に局部発振器を2個用
いていわゆるダブルスーパーヘテロダイン受信方
式を採用した場合であるが、場合によつては局部
発振器1個を用いてこの発明の検出装置を構成す
ることもできる。
さらに上記実施例は検出側と受信側を分離しア
ンテナを用いて信号の送受を行なつているが、こ
の発明は第1図に示したと同様に検知側と受信側
を分離しない構成によつても実施することができ
る。温度検知用の発振器としては弾性表面波発振
器の外に水晶発振器のような温度に応じて発振周
波数の大きく変化するものを適宜選択して用いる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は水晶発振器を用いた従来の温度検出装
置の一例を示すブロツク図、第2図は弾性表面波
発振器を用いた従来の温度検出装置の一例のブロ
ツク図、第3図は第2図の検出装置の送信機を具
体的に示した構成図、第4図はこの発明の一実施
例のブロツク図、第5図はこの発明の他の実施例
のブロツク図、第6図は検知器を複数個備えたこ
の発明のさらに異なる実施例を示すブロツク図で
ある。 1……温度検知器、2……水晶振動子、3……
発振器、4,4a,4b……増幅器、5……混合
器、6……局部発振器、7……増幅器、8……ア
ンド回路、9……タイムベース、10……カウン
タ、11……表示器、21……温度検知器、22
……弾性表面波共振子、23……発振器、24
a,24b……アンテナ、Tr1……発振用のトラ
ンジスタ、Tr2……増幅用のトランジスタ、25
……バイアス安定回路、26……電源、27……
トリマーコンデンサ、28〜31……抵抗、3
2,33……コンデンサ、41……温度検知器、
42……弾性表面波共振子、43……弾性表面波
発振器、44……増幅器、45,46……アンテ
ナ、47……高周波増幅器、48……第1の混合
器、49……第1の局部発振器、50……プリス
ケーラ、51……PLL回路、52……水晶振動
子、53……低減フイルタ、54……中間周波増
幅器、55……第2の混合器、56……第2の局
部発振器、57……低周波増幅器、58……アン
ド回路、59……タイムベース、60……カウン
タ、61……マイクロコンピユータ、62……キ
ー入力、63……温度表示器、64……基準温度
計、65……プローグ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 温度に応じて発振周波数の変化する発振器を
    有する温度検知器と、基準周波数信号を発生する
    局部発振器と、前記温度検知器の出力をこの基準
    周波数信号と混合して周波数差信号を得る混合器
    と、この混合器により得られた周波数差信号をも
    とに温度を検出する手段と、前記温度検知器と同
    じ温度雰囲気内に置かれた基準温度計と、この基
    準温度計の温度表示と前記温度検知器により得ら
    れた温度表示とが等しくなるようなデータを出し
    前記局部発振器の基準周波数信号を可変する演算
    手段とを備えたことを特徴とする温度検出装置。 2 上記温度検知のための発振器として弾性表面
    波発振器を用いたことを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の温度検出装置。 3 上記温度検知のための発振器として水晶発振
    器を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の温度検出装置。 4 上記基準温度計の出力を演算手段にキー入力
    として入力することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項ないし第3項のいずれかに記載の温度検出
    装置。 5 上記基準温度計の出力を演算手段に直接入力
    することを特徴とする特許請求の範囲第1項ない
    し第3項のいずれかに記載の温度検出装置。 6 温度検知側の送信機と表示側の受信機に分離
    し温度信号を1対のアンテナを通じて送受信する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし第
    5項のいずれかに記載の温度検出装置。 7 上記温度検知器を複数個備えそれぞれの発振
    器の発振周波数が異なるようにしていることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項ないし第6項のい
    ずれかに記載の温度検出装置。
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JP2007171047A (ja) * 2005-12-22 2007-07-05 Tokyo Electron Ltd ウェハ型温度センサとこれを用いた温度測定装置、温度測定機能を有する熱処理装置および温度測定方法
US8082124B2 (en) 2006-07-03 2011-12-20 Ritsumeikan University Method and system for diagnosing abnormal plasma discharge

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