JPH062126Y2 - 熱電対測温装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［考案の分野］ この考案は、温度補償回路をもった熱電対測温装置に関
するものである。

［従来技術とその問題点］ 第５図はこの種の熱電対測温装置の一例を示す回路図で
ある。

図において、１は熱電対で、この熱電対１の正負端子、
つまり冷接点２，３をたとえば０℃に保持すれば、その
冷接点２，３間に熱起電力Ｅｘっが発生するから、たと
えばこれを直流電圧計に接続すれば、測温点４の温度Ｔ
１を知ることができる。ところが、冷接点２，３の温度
が変動すると、熱電対１の発生起電力Ｅも変動するか
ら、測温点４の正確な温度Ｔ１を知ることができない。

そこで、従来、たとえば抵抗ブリッジ回路５の一辺に冷
接点補償用の感温素子６を介挿するとともに、上記ブリ
ッジ回路５の他の二辺を構成する摺動抵抗器７の接点と
連動するサーボモータ８を設けたものが知られている。
（電子工学ポケットブック第３版、第９編電子計測・計
測機器第９−９４頁参照） いま、上記感温素子６を冷接点２，３の温度と同じ温度
に保持し、その温度が変化したとき、感温素子６の抵抗
値も変化し、その温度変化に相当する電圧Ｅ_Ｓを発生さ
せて、温度補償を達成する。

ところが、この種の熱電対測温装置は熱電対１の接続端
子２，３がケース９の外部に配置されており、その近傍
のケース９の内部に感温素子６が配置されているから、
熱電対１の接続端子２，３と感温素子６との間に所定の
距離的な誤差がある。そのため、ケース９の内部にトラ
ンスのような発熱体が存在していると、その熱勾配によ
って熱電対１の冷接点２，３と感温素子６との間に温度
差が生じて、正確な温度補償が達成できない欠点を有す
る。

［考案の目的］ この考案は上記欠点を改善するためになされたもので、
熱電対の接続端子と感温素子との間に所定の距離的な誤
差があっても、正確な温度補償が達成できる熱電対測温
装置を提供することを目的とする。

［考案の構成と効果］ この考案による熱電対測温装置は、熱電対測温装置を構
成するケースの外部に設定された熱電対の接続端子と、
この熱電対接続端子の近傍に位置して上記ケースの内部
に配設された感温素子と、少なくとも上記ケースの内部
発熱体の近傍に位置して上記ケースの内部に配設された
感温素子と、上記各感温素子と抵抗体との複数の直列体
を並列接続してなる直並列体と、上記感温素子と抵抗体
との複数の各接続点の電位を入力とする差動増幅器とを
備えたことを特徴とする。

上記差動増幅器の増幅度は、この差動増幅器の出力が熱
電対の測温点の温度のみの関数となるように調整して決
定される。

このように、差動増幅器の増幅度を設定することによ
り、熱電対の接続端子と感温素子との間に所定の距離的
な誤差があっても、正確な温度補償が達成できる。

［実施例の説明］ 以下、この考案の実施例を図面にしたがって説明する。
第１図はこの考案による熱電対測温装置の一例を示す回
路図である。第１図において、第５図と同一部分には同
一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

図において、熱電対１の負側接続端子３は直列接続され
た抵抗体Ｒ１と感温素子Ｚ１の接続点１０に接続されて
いる。上記抵抗体Ｒ１と感温素子Ｚ１の直列体には、抵
抗体Ｒ２と感温素子Ｚ２の直列体、および抵抗体Ｒ２０
と抵抗体Ｒ２１の直列体が並列接続されている。上記感
温素子Ｚ１，Ｚ２は、たとえば抵抗体やコイルから構成
されている。

１１は直流定電圧回路の正側端子で、上記抵抗体Ｒ１と
感温素子Ｚ１の直列体の一方に電圧Ｖｃｃが供給される
とともに、他方の接地されている。

１２，１３が差動増幅器で一方の差動増幅器１２は演算
増幅器ＯＰ１と４つの抵抗体Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５およびＲ
６から構成されている。また、他方の差動増幅器１３は
演算増幅器ＯＰ２と４つの抵抗体Ｒ７，Ｒ８，Ｒ９およ
びＲ１０から構成されている。

すなわち、上記演算増幅器ＯＰ１の負側端子は、抵抗体
Ｒ３を介して抵抗体Ｒ２０とＲ２１の接続点１４に接続
され、その正側端子は、抵抗体Ｒ５を介して熱電対１の
正側接続端子２に接続されている。また、他方の演算増
幅器ＯＰ２の負側端子は、抵抗体Ｒ７を介して抵抗体Ｒ
１と感温素子Ｚ１の接続点１０に接続され、その正側端
子は、抵抗体Ｒ８を介して抵抗体Ｒ２感温素子Ｚ２の接
続点１５に接続されている。さらに、この演算増幅器Ｏ
Ｐ２の出力端子は、抵抗体Ｒ４を介して、上記演算増幅
器ＯＰ１の負側端子に接続されている。１６は演算増幅
器ＯＰ１の出力端子である。

上記構成において、直接電圧回路からの定電圧Ｖｃｃが
抵抗体Ｒ２０と抵抗体Ｒ２１とで分圧されて、接続点１
４の電圧Ｖ３が抵抗体Ｒ３を介して、上記演算増幅器Ｏ
Ｐ１の負側端子に供給される。

他方、上記感温素子Ｚ１は第２図で示すように、熱電対
１の接続端子２，３の近傍に配置され、他方の感温素子
Ｚ２はケース９の内部に配置されたトランスのような発
熱体Ｈの近傍に配置されている。

つぎに、上記構成の動作について説明する。

いま、第１図において、熱電対１の測温点４、冷接点
２，３、感温素子Ｚ１および感温素子Ｚ２の各温度がＴ
１，Ｔ２，Ｔ３およびＴ３であるとすると、熱電対１の
冷接点２，３にはＴ１−Ｔ２に相当する熱起電力Ｅｘが
発生する。また、冷接点２，３の温度Ｔ２と感温素子Ｚ
１の温度Ｔ３は等しくないから、演算増幅器ＯＰ１の正
側入力端子に印加される電圧Ｖ５はＴ１−Ｔ２＋Ｔ３に
相当する電圧Ｅ（Ｔ１−Ｔ２＋Ｔ３）となる。

すなわち、 Ｖ５＝Ｅ（Ｔ１−Ｔ２＋Ｔ３） …(1) 他方、Ｔ３，Ｔ４に相当する電圧Ｖ１，Ｖ２は演算増幅
器ＯＰ２の入力端子に印加されて、その出力電圧Ｖ４は
Ｔ４−Ｔ３に相当する電圧Ｅ（Ｔ４−Ｔ３）と、差動増
幅器１３の増幅度α１との乗算値となる。

すなわち、 Ｖ４＝α１・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３） …(2) ここで、α１＝Ｒ９／Ｒ７ よって、差動増幅器１２の出力電圧Ｖｏ１は、 上記(1)，(2)式から、 Ｖｏ１＝β１・［Ｅ（Ｔ１−Ｔ２＋Ｔ３）−α１・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３） …
(3) となる。

ここで、β１＝Ｒ６／Ｒ４ 上記(3)式において、一般に温度勾配は第３図で示すよ
うに、直接的に変化するものとみなすこちおができるか
ら、 Ｅ（Ｔ１−Ｔ２＋Ｔ３）＝Ｅ（Ｔ１）＋Ｅ（Ｔ３−Ｔ２） …(4) となる。

なお、第３図において、横軸は発熱体Ｈ、感温素子Ｚ
１，Ｚ２および熱電対接続端子２，３の各配置位置を、
縦軸はこれら各配置位置の温度を示す。

したがって、上記(3)式は、 Ｖｏ１＝β１・［Ｅ（Ｔ１）＋Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）−α１・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３）］
…(5) となる。

そのため、この(5)式において、 Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）＝α１・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３）］
…(6) となるような差動増幅器１３の増幅度α１を設定すれ
ば、上記(5)式は Ｖｏ１＝β１・Ｅ（Ｔ１） …(7) となる。

すなわち、差動増幅器１３の増幅度α１を、 α１＝Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）／Ｅ（Ｔ４−Ｔ３） …
(8) に設定すれば、差動増幅器１３の出力Ｖｏ１は測温点４
の温度Ｔ１のみの関数となり、これを測定回路に接続す
れば、測温点４の温度Ｔ１を正確に測定することができ
る。

第４図はこの考案による熱電対測温装置の他の例を示
す。上記実施例においては、１対の演算増幅器ＯＰ１．
ＯＰ２を有していたけれども、１つの演算増幅器ＯＰの
みを有する。なお、第４図において、第１図と同一部分
には同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。

まず、 Ｖ１＝（１＋α）・Ｅ（Ｔ３） …(9) となるように、Ｒ１の抵抗値を設定する。

つぎに、 Ｖ２＝α・Ｅ（Ｔ４） …(10) となるように、Ｒ２の抵抗値を設定する。

さらに、 Ｖ５＝Ｅ（Ｔ１−Ｔ２）＋Ｖ１ ＝Ｅ（Ｔ１−Ｔ２）＋（１＋α）・Ｅ（Ｔ３）
…(11) よって、差動増幅器２２の出力電圧Ｖｏは、 Ｖｏ＝β（Ｖ５−Ｖ２）＝β・［Ｅ（Ｔ１−Ｔ２）＋（１＋α）・Ｅ（Ｔ３）
−α・Ｅ（Ｔ４）］ …(12) となる。ここで、β＝Ｒ６／Ｒ３ 上記(12)式において、一般に温度勾配は前述の第３図で
説明したように、直線的に変化するものとみなすことが
できるから、 Ｅ（Ｔ１−Ｔ２）＋（１＋α）・Ｅ（Ｔ３）−α・Ｅ（Ｔ４）＝Ｅ（Ｔ１）＋
Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）−α・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３） …(13) となる。

したがって、上記(12)は式は、 Ｖｏ＝β・［Ｅ（Ｔ１）＋Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）−α・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３）］
…(14) となる。

そのため、この(14)式においては、 Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）＝α・Ｅ（Ｔ４−Ｔ３） …(1
5) となるような差動増幅器２２の増幅度αを設定すれば、
上記(14)式は Ｖｏ＝β・Ｅ（Ｔ１） …(16) となる。

すなわち、差動増幅器２２の増幅度αを、 α＝Ｅ（Ｔ３−Ｔ２）／Ｅ（Ｔ４−Ｔ３） …(1
7) に設定すれば、差動増幅器２２の出力Ｖｏは測温点４の
温度Ｔ１のみの関数となり、これを測定回路に接続すれ
ば、測温点４の温度Ｔ１を正確に測定することができ
る。

なお、上記実施例においては、１対の感温素子Ｚ１，Ｚ
２で熱電対測温装置の温度補償を達成する場合について
説明したけれども、感温素子は２以上設けて、多数の感
温素子で温度補償を行なってもよいことはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案による熱電対測温装置の一例を示す回
路図、第２図はこの考案による熱電対測温装置の概略構
成図、第３図は動作説明用の特性図、第４図はこの考案
による熱電対測温装置の他の例を示す回路図、第５図は
従来の熱電対測温装置の一例を示す回路図である。 １…熱電対、２，３…接続端子、４…熱電対の測温点、
９…ケース、１０，１５…感温素子と抵抗体の接続点、
１２，２２…差動増幅器、Ｚ１，Ｚ２…感温素子、Ｒ
１，Ｒ２…抵抗体、Ｖｏ１，Ｖｏ…差動増幅器の出力、
α，α１…差動増幅器の増幅度、Ｔ１…測温点の温度、
Ｈ…内部発熱体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】熱電対測温装置を構成するケースの外部に
   設定された熱電対の接続端子と、この熱電対接続端子の
   近傍に位置して上記ケースの内部に配設された感温素子
   と、少なくとも上記ケースの内部発熱体の近傍に位置し
   て上記ケースの内部に配設された感温素子と、上記各感
   温素子と抵抗体との複数の直列体を並列接続してなる直
   並列体と、上記感温素子と抵抗体との複数の各接続点の
   電位を入力とする差動増幅器とを備え、この差動増幅器
   の出力が熱電対の測温点の温度のみの関数となるよう
   に、上記差動増幅器の増幅度を設定したことを特徴とす
   る熱電対測温装置。