JPH03504048A - 温度測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 温度測定回路 本発明は、複数の温度センサと評価回路とを有する温度測定回路であって、前記 複数の温度センサの各センサは、２つの電流給電端子と２つの電圧取出端子を有 する温度依存性の測定抵抗によって構成されており、前記両電圧取出端子はそれ ぞれ所属の電流給電端子と温度依存性の測定抵抗との間に配置され、前記評価回 路は、電流給電端子を介して定電流を各温度センサを通して送出し、当該定電流 によって生じる２つの電圧線路間の電圧降下を測定するものであり、前記電圧線 路は電圧取出端子と接続されている、温度測定回路に関する。

この種の温度測定回路における温度測定は、温度依存性の抵抗の抵抗値を測定す ることに基づいている。

この場合抵抗の測定は４線路式回路の電流及び電圧を測定することによって行な われる。４線路式回路技術を使用することにより、高い測定精度が得られる。な ぜなら測定抵抗を通って流れる電流によって生じる給電線路抵抗及び接触抵抗で の電圧降下が測定結果に関与しないからである。しかしながら次のようなことは 欠点と見なされる。すなわち各温度センサが４つの線路によって評価回路と接続 されているため、多数の温度センサを使用する場合、工業施設や製造プロセスで の種々異なる個所で、種々異なる温度を測定する場合に生じる温度センサの数に 比例して、必要となる接続線路の数も増えてゆき、これがしばしば望まない量に までなってしまうことである。

本発明の課題は、冒頭に述べたような種類の温度測定回路において次のような温 度測定回路を提供ことである。すなわち４線路式技術の利点を完全に残したまま 、温度センサと評価回路との間の接続線路の数を著しく減少させた温度測定回路 を提供することである。

本発明によれば上記課題は、前記温度センサは、電流給電端子を介して相互に直 列に接続されており、当該直列回路内の相互に順次連続する２つの温度センサの 両方の電圧取出端子が、一本の共通の電圧線路に接続されており、前記２つの温 度センサは、相互に接続された２つの電流給電端子に配属されており、さらに両 方の電圧取出端子の少なくとも１つと共通の電圧線路との間の接続路の中に抵抗 が挿入接続されているように構成されて解決される。

本発明による温度測定回路では、温度センサが直列に接続されているために、電 源との接続に対しては、温度センサの数に依存せずにただ２つの電流線路しか必 要としない。必要な電圧線路の数は、次のことによって減少される。すなわち２ つの電圧取出端子が、２つの別個の電圧線路とではなく、１つの共通な電圧線路 と接続されることである。この電圧取出端子は当該直列回路中で順次連続する２ つの温度センサに属している。それゆえに全体で必要な接続線路の数は、温度セ ンサの数の４倍必要だった従来の温度測定回路に比べて温度センサの数よりも単 に３つ増えるだけである。

従い、節約できる接続線路の数は、温度センナの数が増えれば増えるほど大きく なる。各共通の電圧線路を、所属の２つの電圧取出端子に直接接続するのではな く抵抗を介して接続することによって次のことが確実となる。すなわち別個の電 圧線路による従来の４線路式技術の場合と同じような精度で以って電圧測定が実 際に行われることである。

本発明による有利な構成例は従属環に特定される。

図１は、４線路式回路で動作する抵抗型一温度センサを有する従来の温度測定回 路の原理図である図２は、本発明による、３つの抵抗型温度センサを備えた温度 測定回路の構成図である。

次に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。

図１には、４線路式回路で動作する抵抗式温度センサ１０が概略的に示されてい る。この温度センサ１０は、抵抗値がＲＴの温度依存性測定抵抗１１を有してい る。測定抵抗１１には、４つの端子が設けられている。すなわち２つの電流給電 端子１２．１３と電圧取出端子１４．１５である。電圧取出端子１４は、電流給 電端子１２と測定抵抗１１との間に電気的に接続しており、電圧取出端子１５は 、電流給電端子１３と抵抗１１との間に電気的に接続されている。この種の抵抗 型温度センサは、公知であり、市販されている。さらに詳述すれば、０℃で１０ ０Ωの抵抗を有するＰＴ１００タイプのプラチナ−抵抗型一温度センサがある４ つの端子１２，１３，１４．１５が４つの線路１６．１７，１８．１９を介して １つの評価回路２０と接続されている。この評価回路２０は、電源２１を有して おり、この電源２１は、線路１６と１７を介して２つの電流給電端子１２ないし １３と接続されている。

この電源２１は、定電流１ｃｏｎｓｔを発生しており、この電流は、線路１６を 介し抵抗１１を通過して流れ、さらに線路１７を介して電源２１に戻っている。

そのため線路１６と１７は、電流線路として示されている。

評価回路２０はさらに１つの電圧測定装置２２を有しており、この電圧測定装置 ２２は、線路１８と１９を介して２つの電圧取出端子１４と１５に接続している 。電圧測定装置２２（電圧メータとして記号で示されている）は、２つの線路１ ８と１９の間の電圧ＵＴを測定する。この２つの線路１８．１９は、電圧線路と して示されている。

前記評価回路２０の中では、測定抵抗１１の温度依存性の抵抗値ＲＴが、既知の 電流１ｃｏｎｓｔと測定された電圧ＵＴから商として算出される。

すなわち、 ＲＴ＝ＵＴ／Ｉｃｏｎｓｔ　　　　（１）である。

従って抵抗値ＲＴから温度センサ１ｏによって検出された温度を求めることがで きる。

つまり抵抗値の測定は、電流と電圧の測定によって行われており、４線路式技術 の使用によって測定精度が高くなる。　仮に評価回路２０の中で２つの電流線路 １６と１７の間の電圧を測定すれば、確かに２つの電圧線路１８と１９は省略す ることができ得るものであるが、しかしながらこの場合に測定された電圧は。

測定抵抗１１での電圧と、正確に同じではなく、電圧降下（電流１ｃｏｎｓｔに より給電線路抵抗及び接触抵抗に生じる）分だけ大きくなる。これに対して４線 路式技術の場合は、電流１ｃｏｎｓｔによって生じる、給電線路抵抗及び接触抵 抗における電圧降下が測定結果に影響を及ぼさない。電圧線路１８．１９を介し て流れる測定電流１ｍは、電圧測定装置２２の内部抵抗が測定抵抗１１の抵抗値 ＲＴに対して大きい場合に、無視できるものである。これは常にそうである。そ れゆえに測定電流１ｍによって生じる、給、電線路抵抗及び接触抵抗における電 圧降下も、測定抵抗１１を介して流れる電流の、測定電流１ｍに起因する減少も 無視でき得るものとなる。

工業施設や製造プロセスの中では、次のことが頻繁に求められる。すなわち異な る場所での温度を、共通な評価回路を用いて検出することである。ゆえに各検出 場所に１つの温度センサを配置し、必要な線路によって共通な評価回路と接続さ せなければならない、前述した形式による抵抗型温度センサを用いる場合には、 各センサ毎に４つの線路が必要となり、この４つの線路は、評価回路に接続され る。つまりｎ個の温度センサには、４ｘｎ個の接続線路が必要である。

図２には、前述した形式による複数の抵抗型温度センサと１つの共通な評価回路 とを有する温度測定回路が示されている。この回路では、必要な線路の数が著し く減少している。

例として３つの抵抗型温度センサ３０，４０．及び５ｏが示されている。温度セ ンサ３０は、抵抗値がＲＴ３０で２つの電流給電端子３２．３３と２つの電圧取 出端子３４．３５を備えた、温度依存性の測定抵抗３１を有している。相応に温 度センサ４０は、抵抗値がＲＴ４０で２つの電流給電端子４２．４３と２つの電 圧取出端子４４．４５を備えた、温度依存性の測定抵抗４１を有してり、さらに 温度センサ５０は、抵抗値がＲＴ５０で２つの電流給電端子５２．５３と２つの 電圧取出端子５４．５５を備えた、温度依存性の測定抵抗４１を有している。

評価回路６０も、１つの電ｆｉ６１と１つの電圧測定装置６２を有している。電 源６１は、定電流１ｃｏｎｓｔを供給している。

温度センサ３０，４０および５０は、それぞれの電流給電端子を介して直列に接 続されている。ここでは、温度センサ３０の電流給電端子３３が温度センサ４０ の電流給電端子４２と接続されており、さらに温度センサ４０の電流給電端子４ ３が温度センサ５０の電流給電端子５２と接続されている。このように構成され た３つの温度センサからなる直列回路は、２つの電流線路６３と６４を介して評 価回路６０の中の電源６】と接続されている。前記電流線路６３と６４は、温度 センサ３０ないし５０の空きの電流給電端子３２ないし５３と接続されている６ すなわち装置全体では、温度センサの数に依存することなく、ただ２つの電流線 路しか必要なくなり、全ての測定抵抗３１．４１及び５１には同じ電流Ｉｃｏｎ ｓｔが直列に流される。

温度センサ３０の外側の電圧取出端子３４は固有の電圧線路６５を介して評価回 路６０と接続されており、相応に温度センサ５０の外側の電圧取出端子５５は。

固有の電圧線路６６を介して評価回路６０と接続されている。これに対して２つ の電圧取出端子３５と４４は（これは温度センサ３０と４０の相互に接続された 電流給電端子３３と４２に配属されている）、共通の電圧線路６７を介して評価 回路６０と接続されており、これと相応に２つの電圧取出端子４５と５４は（こ れは温度センサ４０と５０の相互に接続された電流給電端子に配属されている） 、共通の電圧線路６８を介して評価回路６０と接続されている。

２つの電圧取出端子３５と４４は、共通の電圧線路６７と直接に接続されるので はな（、それぞれ抵抗７０ないし７１を介して接続される。相応に２つの電圧取 出端子４５と５４は、共通の電圧線路６８と直接に接続されるのではなく、それ ぞれ抵抗７２ないし７３を介して接続される。

それによって温度センサ３０，４０．５０の測定抵抗３１，４１．５１における 電圧降下は、電圧測定装置６２によって別々に測定され得る。この電圧測定装置 ６２は、評価回路６０の中で切換装置７５を有しており、この切換装置７５によ って電圧測定装置６２が、電圧線路６５，６６．６７．６８の１組と接続され得 る。図解のために切換装置７５は、機械的に調節可能な切換接点で示されている 。しかしながらこれはもちろん実際には電子切換素子によって形成されており、 有利には市販の積分回路である。これに対しては、例えばＣＤ４０５２タイプの ４チャネル−アナログ−マルチプレクサ／デマルチプレクサが適している。図示 の位置では、切換装置７５は、電圧測定装置６２と２つの電圧線路６５．６７と を接続しており、それによってこの２つの線路の間で電圧ＵＴ３０が測定される 。

もしも切換装置７５の切換接点が、１段階ずらされれば電圧測定装置６２は２つ の電圧線路６７と６８に接続され、それによってこの電圧測定装置６２は前記２ つの線路６７と６８の間の電圧ＵＴ４０を測定する。

さらに前記切換接点がもう１段階ずらされると、２つの電圧線路６６と６８の間 の電圧ＵＴ５０が測定される。

抵抗７０から７３によって次のことが達成される。

すなわち測定された電圧ＵＴ３０．ＵＴ４０．ＵＴ５０が、高精度で温度センサ の電圧取出端子間の電圧降下に対応するということである。仮に例えば抵抗７０ と７１が設けられる代わりに電圧取出端子３５と４４が共通の電圧線路６７に直 接接続されているならば、電流給電端子３３と４２の接続に対するバイパス中に 電圧取出端子３５と４４との間の直接の接続が存在することとなる。そのため電 流Ｉｃｏｎｓｔは、はぼ同じ割合で２つの並列する接続部分に配分され、バイパ スを介して流れる電流成分は接触抵抗における電圧降下を引き起こし、これは測 定された電圧と測定抵抗における実際の電圧降下との間の無視できない差を生じ させ得るものとなる。

これに対して図示の回路では、抵抗７０と７１からなる直列回路が電流給電端子 ３３と４２の接続路に対するバイパス中に存在する。抵抗７０と７】の抵抗値が 、ｆｊｌ流給電端子３３と４２を介して通じる電流回路の全抵抗よりも大きいこ とを前提とすれば、前記直列回路を介して流れる電流成分は、この電流成分によ って生じる接触抵抗での電圧降下が無視できるくらいに小さいものである。他方 では、抵抗７０と７１の抵抗値は、電圧測定装置６２の内部抵抗よりも小さくな ければならず、それによって電圧降下は測定された電圧に対して無視できるもの となり得る。この電圧降下は前記抵抗のそれぞれにおいて、電圧線路６７を介し て流れる測定電流によって引き起こされる。

前記考察は、勿論同様に温度センサ４０と５０の間の接続と抵抗７２と７３の回 路定数の選定に対してもあてはまる。

抵抗７０から７３までの測定に対する前記２つの条件は、容易に満たすことがで きる。というのは電流給電端子３３．４２を介して通じる電流回路の全抵抗は、 １Ωを割る領域にあり、さらに電圧測定装置６２の内部抵抗は、ＭΩ領域にある からである。それゆえに測定精度は、抵抗７０から７３までの各抵抗値が、１０ ０Ωのオーダにあれば影響を受けることがない。

そのため、電流１ｃｏｎｓｔが相応の精度で既知であることを前提条件として、 評価回路６０の中では。

測定抵抗の抵抗値ＲＴ３２．ＲＴ４０．ＲＴ５０を、測定された電圧ＵＴ３０． ＵＴ４０．ＵＴ５０から前記方程式（１）１こ基づいてより高い精度で検出する ことが可能である。

図２による温度測定回路において使用された温度センサの直列回路は、付加的な 手段の可能性を提供しており、この手段によって電流Ｉｃｏｎｓｔが測定結果に 関与しないことが達成され、それによって測定精度が、電流Ｉｃｏｎｓｔの偏差 や振動によって影響されな（なる。この目的のために電流ループ（このループを 介して電流１ｃｏｎｓｔは流れる）の中では、基準抵抗７６が使用されており、 この抵抗は、抵抗値がＲｒｅｆＯ高安定の精密な抵抗である。基準抵抗’７６を 介して流れる電流Ｉｃｏｎｓｔは、電圧降下を生じ、この電圧降下は、２つの電 圧取出端子７７と７８の間の基準電圧ＬＴ　ｒ　ｅ　ｆとして検出され得る。

測定抵抗３１，４１．５１の抵抗値ＲＴ３０．ＲＴ４０、ＲＴ５０は、測定電圧 ＵＴ３０．ＵＴ４．Ｏ，，ＵＴ５０の、基準電圧Ｕｒｅｆに対する比から次の方 程式に基づいて求められる。

すなわち、 ＲＴ３０＝ＵＴ３０／υｒｅｆ−Ｒｒｅｆ　　（２）ＲＴ４０＝ＵＴ４．Ｏ／Ｕ ｒｅｆ−Ｒ，ｒｅｆ　　（３）ＲＴ５０＝ＵＴ５０／Ｕｒｅｆ−Ｒｒｅｆ　　（ ４）である。

電圧Ｕｒｅｆは、継続的に使用できる。この電圧Ｕｒｅｆが同様に切換ｖｔｆ７ ５を用いて読み出される場合は、いずれにせよ次のことが確実にされなければな らない、すなわち電流１ｃｏｎｓｔが、測定電圧ＵＴ３０、ＵＴ４０．ＵＴ５０ のうちの１つの読み出しと、基準電圧Ｕｒｅ？の読みだしとの間の時間間隔の中 で著しく変動しないことである。

基準抵抗７６の抵抗値Ｒｒｅｆが、測定抵抗の抵抗値と同じ大きさだと有利であ る。それによって基準電圧Ｕｒｅｆも測定電圧と同じ大きさになる。前記構成例 においては基準抵抗７６の抵抗値Ｒｒｅｆは、例えば１００　Ｑである。

図２による温度測定回路に基づき説明された原理は、もらろん３つの温度センサ の直列回路に限定されるものではなく、温度センサの数は、任意に増やすことが できる。温度測定回路（この回路では、各温度センサが４つの個別の線路を介し て評価回路と接続されている）に対しては、接続線路の節約できる数が次のよう に増えて行＜、ｔなわち直列に接続された温度センサの数が増えれば増えるほど 接続線路の節約できる数も増えていく。温度センサがｎ個の［１は、４Ｘｎ個の 接続線路の代わりに単にｎ、　＋　３個の接続線路しか必要なくなる。つまり３ Ｘ（ｎ＋１）個の線路が節約され七）。図２に示された、温度センサが３個（ｎ ＝３）の温度測定回路の場合は、４　Ｘ　ｎ、　＝　１２本（ｎ　＝　３　）の 接続線路の代わりに愚にｎ、　＋　３　＝　６本（ｎ＝３）の接続線路しか必要 なくなる。そのため６本の接続線路が節約される。４つの温度センサの場合は、 ９つの接続線路の節約となるや 前述したように２つの抵抗７０と７１（この抵抗を介して２つの電圧取出端子３ ５と４４が共通の電圧線路６７と接続されている）は、電流給電端子３３と４２ を介しての接続に対する並列の直接的なバイパスを

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の温度センサと評価回路を有する温度測定回路であって、 −前記複数の温度センサの各センサは、２つの電流給電端子と２つの電圧取出端 子を有する温度依存性の測定抵抗によって構成されており、前記両電圧取出端子 はそれぞれ所属の電流給電端子と温度依存性の測定抵抗との間に配置されており 、 −前記評価回路は、電流給電端子を介して定電流を各温度センサを通して送出し 、当該定電流によって生じる２つの電圧線路間の電圧降下を測定するものであり 、前記電圧線路は電圧取出端子と接続されている、温度測定回路において、 −前記温度センサは、電流給電端子を介して相互に直列に後続されており、 −当該直列回路内の相互に順次連続する２つの温度センサの両方の電圧取出端子 が、一本の共通の電圧線路に接続されており、前記２つの温度センサは、相互に 接続された２つの電流給電端子に配置されており、−さらに両方の電圧取出端子 の少なくとも１つと共通の電圧線路との間の接続路の中に抵抗が挿入接続されて いることを特徴とする温度測定回路。
2. ２．既知の大きさの一定基準抵抗が、温度センサと直列に接続されており、それ によって該基準抵抗該に定電流が流れるものであり、定電流により基準抵抗にお いて生じる電圧降下が、評価回路において各測定抵抗の抵抗値を検出するための 基準電圧として使用される請求項１記載の温度測定回路。
3. ３．上記評価回路は、電圧測定装置と切換装置とを有しており、該切換装置は、 同じ温度センサに接続されたそれぞれ２つの電圧線路に当該電圧測定装置を接続 するためのものである請求項１又は２記載の温度測定回路。