JPH0631390Y2 - デイジタル温度計 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、熱電対を用いたディジタル温度計に関する
ものである。

［考案の技術的な背景］ 熱電対は、よく知られているようにゼーベック効果を利
用して２点間の温度差を電圧に変える熱電変換素子の１
つであり、その基本回路の１例が第６図に示されてい
る。同図によると、種類の異なる２つの導体ＰとＱの各
一端が点Ｓにおいて接続され、他端Ｔ，Ｔ′は開放状態
又は高インピーダンスの状態にされており、上記接続点
Ｓは一般に測温接点と呼ばれ、開放端Ｔ，Ｔ′は基準接
点と呼ばれている。この測温接点と基準接点間に温度差
を与えると、基準接点の両端子ＴとＴ′の間には熱起電
力Ｖが発生し、上記導体ＰとＱの組合せ種類が決まれ
ば、この熱起電力Ｖの大きさはその温度差に応じて定ま
るようになっている。

この場合、基準接点Ｔ，Ｔ′の温度は通常０℃が基準に
されており、上記起電力Ｖの大きさは基準接点温度０℃
と測温接点温度との差によって与えられるようになって
いる。したがって、例えば基準接点Ｔ，Ｔ′の温度が２
０℃で測温接点Ｓの温度が５０℃の場合には、基準接点
Ｔ，Ｔ′の温度２０℃に対応する電圧を別の手段で形成
し、この電圧を上記５０℃と２０℃の温度差による熱起
電力に付加する必要があり、その一般的な従来装置の例
が第７図に示されている。

すなわち、熱電対の出力は例えば増幅器A₁を介して加算
器に入力されるとともに、基準接点Ｔ，Ｔ′の温度は温
度センサにより電圧に変換され、増幅器A₂を介して上記
同様に加算器に入力される。この加算器においては増幅
器A₁の出力に増幅器A₂の出力が加え合わされ、その加算
出力は次段においてＡ／Ｄ変換された後、デコーダ等を
有する表示器により温度表示がなされる。この場合、熱
電対の温度：熱起電力特性には一般に非直線ひずみがあ
り、上記ディジタル変換値をマイクロコンピュータなど
で忠実に温度データに変換しようとすると、その演算式
が極めて複雑になって好ましくない。そこで、これを避
けるため、通常はディジタル変換値を折れ線からなる直
線特性に近似させて温度データの演算を行わせるように
しているが、場合によってはアナログの折れ線近似回路
を介して直線特性に補正してからＡ／Ｄ変換することも
ある。

しかしながら、この従来装置は上記いずれの場合におい
ても誤差の点については問題があり、高確度測定を必要
とする場合には必ずしも適当ではなかった。その大要を
第８図により説明する。同図は、ディジタル温度計が最
も頻繁に使用される０℃から１００℃程度までの一般常
用温度範囲における例であり、この温度範囲において多
用されている熱電対の起電力特性の一例が曲線Ａに示さ
れている。同図の曲線Ａ′は、上記曲線Ａに示される起
電力を増幅器A₁により所定の電圧増幅度で増幅した値で
ある。曲線Ｂは例えば基準接点の温度を検出する温度セ
ンサの出力特性を示し、曲線Ｂ′は、その出力電圧を増
幅器A₂により所定の電圧増幅度で増幅した値である。曲
線Ｃは、加算器により上記熱電対の増幅電圧Ａ′に温度
センサの増幅電圧Ｂ′を加えた実際の出力であり、点線
で示される曲線Ｃ′は、温度センサの出力Ｂを直線特性
とみなし、その仮想の増幅電圧Ｂ″を上記熱電対の増幅
電圧Ａ′に加えた場合の加算器の仮想出力電圧である。

上記第７図のような従来装置においては、一般に、この
加算器の仮想出力電圧Ｃ′に対して例えば一点鎖線Ｄに
示されるような近似直線が設定されている。したがっ
て、測定電圧がたまたまＶt₁とすると、得られる温度値
t₁はほぼ正確な値となるが、例えば測温接点温度がt₂′
の場合には比較的大きな誤差が発生する。すなわち、測
定電圧が例えばＶt₂′であったとすると、この電圧Ｖ
t₂′は、基準接点温度t₀′に対応する温度センサからの
出力電圧Ｖt₀′に熱電対の起電力Ｖ(₀₂)′を加えたもの
であって、実際の出力曲線Ｃによれば温度t₂′が表示さ
れなければならないのであるが、従来装置においては近
似直線Ｄを介して温度t₂が表示され、（t₂-t₂′）の誤
差が生じる。

［考案の目的］ この考案は上記の点に鑑みなされたもので、その目的
は、マイクロコンピュータを利用して温度センサの出力
を熱電対の出力特性と相似な折れ線特性に補正すること
により、高確度の温度測定を可能としたディジタル温度
計を提供することにある。

［測定原理］ まず、第１図によりこの考案に係るディジタル温度計の
測定原理を説明する。

同図において、曲線Ａ，Ａ′およびＢ，Ｂ′は、それぞ
れ上記第８図に示されている熱電対および温度センサと
同一特性の出力を表わす曲線であり、したがって同じ参
照符号が付されている。

折れ線Ｂは従来装置における仮想の直線出力Ｂ″とは
異なり、温度センサの増幅出力Ｂ′が熱電対の起電力特
性Ａと相似な特性を有するように近似直線で補正された
ものである。この折れ線Ｂで表わされる電圧を所定レ
ベルに増幅して熱電対起電力の増幅出力曲線Ａ′で表わ
される電圧に加算すると、熱電対の起電力を表わす原曲
線Ａに対して比較的正確に相似した実際の出力曲線Ｃ″
が得られる。よって、この曲線Ｃ″を折れ線からなる近
似直線Ｄ′に置き換え、上記電熱対と温度センサの加算
出力電圧をこの近似直線Ｄ′に沿って温度値に変換する
と測定誤差を大幅に減少させることができる。

［実施例］ 以下、この考案を添付図面に示されている実施例により
詳細に説明する。

第２図の機能ブロック図を参照すると、このディジタル
温度計は、例えば熱電対を利用した被測定温度の検出手
段１とその検出出力の増幅手段２、および温度センサに
よる熱電対の基準接点温度検出手段３とその検出出力の
増幅手段４とを有し、これらの増幅手段２，４からの増
幅出力は、切換手段５を介してＡ／Ｄ変換手段６へ交互
に入力されるようになっている。また、Ａ／Ｄ変換手段
６から変換タイミング信号を受けてそれを分周し、上記
切換手段５の駆動用信号を形成する分周手段７が設けら
れている。このＡ／Ｄ変換手段６から出力されるディジ
タル変換信号は例えばデータ入出力制御手段８に送ら
れ、所定の演算処理が施された後、温度表示手段９に転
送されて被測定温度の表示がなされるようになってい
る。

上記所定の演算処理を行わせるため、この実施例におい
ては例えば温度センサの出力特性を熱電対の出力特性に
直線近似させる温度センサ出力補正手段１０と、この補
正した出力を熱電対の出力に加える加算手段１１、およ
びこの加算された値を直線特性に置き換える直線近似手
段１２とを備えている。

上記温度センサ出力補正手段１０には、例えば基準接点
温度検出手段３から与えられる温度センサの出力データ
を保持する温度センサ出力記憶手段１３と、被測定温度
検出手段１に用いられている熱電対の起電力特性に対す
る温度センサの出力特性の差を補正用データとしてあら
かじめ保持している補正用データ記憶手段１４とが付設
されている。使用する熱電対と温度センサの種類が決ま
ればそれらの特性は既知となるから、補正用データを事
前に用意しておくことができる。

補正出力記憶手段１５は、温度センサ出力補正手段１０
により熱電対の特性の合わせられた温度センサの出力デ
ータを保持するとともに、その保持データを上記加算手
段１１に供給する。

上記加算手段１１には、例えば送られてきた上記熱電対
の起電力を記憶する熱電対出力記憶手段１６が付設され
ており、この記憶された熱電対の出力データは、上記し
たように加算手段１１において補正済みの温度センサの
出力データに加算される。

加算出力記憶手段１７は、上記加算手段１１において形
成された加算出力データを保持するとともに、その保持
データを上記直線近似手段１２に供給する。

上記直線近似手段１２には、例えば上記加算出力記憶手
段１７からの加算出力データを、誤差の少ない何本かの
折れ線で熱電対の起電力特性に置き換えるための補正用
データがあらかじめ保持された直線近似用データ記憶手
段１８が付設されている。上記加算出力記憶手段１７か
ら取り出されたデータは、直線近似手段１２においてこ
の直線近似用データ記憶手段１８の補正用データにより
直線特性に補正される。

この補正されたデータは直線近似出力記憶手段１９に保
持されるとともに所定のタイミングで取り出され、上記
データ入出力制御手段８を介して温度表示手段９へ転送
される。

次に、第３図を参照しながら上記の機能を備えた回路の
実施例について説明する。なお、第３図中、第２図に示
された機能を有する回路には同一の参照符所がカッコ書
きで付されている。

第３図において、熱電対２１の測温接点Ｓと基準接点
Ｔ，Ｔ′間との温度差による起電力は、基準接点Ｔ，
Ｔ′に接続された増幅器A₁により増幅され、その増幅出
力は例えば所定のタイミングで交互に切り換えられるア
ナログスイッチＳＷの一方の端子Ａを介して積分形のＡ
／Ｄコンバータ２２に加えられる。また、上記熱電対２
１の基準接点Ｔ，Ｔ′の温度を検出するため、例えば白
金線を用いた温度センサ２３が備えられており、この温
度センサ２３の検出出力は増幅器A₂により増幅され、上
記アナログスイッチＳＷの他方の端子Ｂを介して上記Ａ
／Ｄコンバータ２２に加えられるようになっている。

このＡ／Ｄコンバータにおいては、上記アナログスイッ
チＳＷの端子ＡとＢを介して入力される２つの電圧がそ
れぞれ所定のタイミングでディジタル変換され、その変
換データは例えばマイクロコンピュータ２４により演算
処理が施された後、表示部２５に転送されて測定温度の
表示がなされるようになっている。

この実施例においては、上記Ａ／Ｄコンバータ２２から
そのＡ／Ｄ変換タイミング信号を受け、それを例えば１
／２に分周する分周器２６が設けられており、上記アナ
ログスイッチＳＷの切換タイミングはこの分周器２６の
分周出力によって同期制御されるようになっている。こ
れにより、上記マイクロコンピュータ２４においては、
Ａ／Ｄコンバータ２２から入力されるデータ類の演算処
理に対して十分な時間的余裕を持つことができる。

上記マイクロコンピュータ２４には、例えば８ビットの
はん用マイクロコンピュータが用いられ、図示のように
マイクロプロセッサ２７とＩ／Ｏポート２８，２８′お
よびＲＯＭ２９，ＲＡＭ３０等からなり、ＲＯＭ２９に
は、上記データ類の演算処理プログラムと、温度センサ
出力（Ｂ′）の補正用データ、および上記加算出力
（Ｃ″）に対する直線近似用データ等が格納されてい
る。

次に、第４図を併せて参照しながらこのディジタル温度
計の動作を説明する。

熱電対２１の基準接点Ｔ，Ｔ′間には例えば第４図の
(イ)に示されるような熱起電力Ａが現われ、温度センサ
２３からは(ロ)に示されるような基準接点温度の検出出
力Ｂが送出される。これらの電圧はそれぞれ増幅器A₁お
よびA²により増幅され、(ニ)に示されるタイミングで切
換え駆動されるアナログスイッチＳＷを介してＡ／Ｄコ
ンバータ２２へ交互に入力される。

Ａ／Ｄコンバータ２２においては、上記２つの入力信号
が(ハ)に示されるタイミングでＡ／Ｄ変換され、それぞ
れ(ホ)と(ト)に示されるディジタル信号となってマイクロ
コンピュータ２４へ送出される。

これらの信号は、マイクロコンピュータ２４内のＲＡＭ
３０へ(ヘ)と(チ)に示されるように記憶されるとともに、
上記センサ２３からの出力記憶データ(チ)は、ＲＯＭ２
９に格納されている補正用データにより、(リ)に示され
るように熱電対２１の出力特性に合わせられ補正データ
Ｂとなる。この補正データＢは上記熱電対２１の出
力記憶データ(ヘ)に加えられて(ヌ)に示される加算データ
Ｃ″となり、更に、上記ＲＯＭ２９に格納されている直
線近似用データにより、(ル)に示されるように折れ線状
の直線近似データＤ′に置き換えられ、上記ＲＡＭ３０
内に記憶される。この記憶された(ル)の直線近似データ
Ｄ′は表示部２５に転送され、(オ)に示される表示用信
号に変換されて図示しない表示器により温度表示がなさ
れる。この場合、上記表示用信号の繰り返し周期は、表
示器のちらつきが眼に感じないように例えば毎秒１００
サイクル程度にされる。

なお、第５図には、上記データ類の演算処理手順の一例
がフローチャートとして示されている。

［効果］ 以上、詳細に説明したように、この考案においては、熱
電対の基準接点温度の検出出力をあらかじめ熱電対の起
電力特性に合わせる補正手段を備えており、この補正手
段を介して形成された電圧を熱電対の超電力に加算して
上記超電力の原特性に相似した加算出力を得るようにさ
れている。

したがって、この加算出力に沿った近似直線を基準にし
て熱電対の起電力を温度に変換すると、極めて高確度の
温度測定ができる。また、回路構成が簡単なため従来装
置への適用が容易であり、その性能向上に役立てること
ができる。

【図面の簡単な説明】

添付図面の第１図ないし第５図はこの考案によるディジ
タル温度計の実施例に係り、第１図はその測定原理説明
図、第２図は機能ブロック図、第３図は回路ブロック線
図、第４図は信号タイミング図、第５図はフローチャー
トである。なお第６図は熱電対の一般基本回路図、第７
図は従来装置のブロック線図、第８図はその測定原理説
明図である。 図中、２１は熱電対、２２はＡ／Ｄコンバータ、２３は
温度センサ、２４はマイクロコンピュータ、２５は表示
部、２６は分周器、２７はマイクロプロセッサ、２９は
ＲＯＭ、ＳＷはスイッチである。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定温度に対応して発生する熱電対の起
   電力と、該熱電対の基準接点温度を検出する温度センサ
   からの出力とをＡ／Ｄコンバータによりディジタル変換
   し、該変換データを直線特性に補正して測定温度の表示
   を行なうディジタル温度計において、 上記熱電対の起電力と温度センサの検出出力を上記Ａ／
   Ｄコンバータへ所定のタイミングで切り換え入力する切
   換器と、 上記Ａ／Ｄコンバータから送出される温度センサ出力の
   ディジタル変換値を上記熱電対の起電力と相似の折れ線
   からなる直線特性に置換する第１の補正手段と、 該第１の補正手段の出力を上記熱電対起電力のディジタ
   ル変換値に加える加算手段と、 該加算手段からの出力を該出力と近似の折れ線からなる
   直線特性に置換する第２の補正手段とを備え、該第２の
   補正手段からの出力により上記被測定温度の表示を行う
   ことを特徴とするディジタル温度計。