JPH08292107A - 温度検出装置におけるサーミスタ素子の選択方法及び温度検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 サーミスタ素子の非直線性を補償する回路を
設けることなく、測定温度の変化に対する出力信号の変
化が直線的となる温度検出装置及びそのためのサーミス
タ素子の選択方法を提供する。 【構成】 演算増幅器１を中心として非安定マルチバイ
ブレータによる発振回路が構成されており、サーミスタ
素子４は抵抗３と共に、演算増幅器１の反転入力端子と
出力端子との間に直列に接続される一方、反転入力端子
とアース間にはコンデンサ２が接続されており、発振周
波数はこれらサーミスタ素子４、抵抗３及びコンデンサ
Ｃの各値により定まるようになっている。そして、サー
ミスタ素子４は、装置に求められる出力特性の直線性の
範囲に応じて決定されたＢ定数を有するものが使用され
ることにより、サーミスタ素子４による検出温度変化に
対して発振周波数は、一定の検出温度範囲で直線的に変
化するようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、サーミスタ素子を用い
た温度検出装置に係り、特に、測定温度の変化に対する
装置出力の直線性の改善を図ることのできる温度検出装
置におけるサーミスタ素子の選択方法及び温度検出装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆる感温素子の一つとして、サーミ
スタ素子は取り扱いが簡単で、しかも比較的安価に入手
できる等の理由から、従来から温度検出装置の温度検出
部に数多く用いられている。ところで、このように従来
から数多く用いられているサーミスタ素子の抵抗値と温
度との関係は直線的ではなく、Ｒ＝Ｒo×expＢ（１／Ｔ
−１／Ｔo）となることが知られている。ここで、Ｒは
絶対温度Ｔ（°Ｋ）におけるサーミスタ素子の抵抗値で
あり、Ｒoは絶対温度Ｔo（°Ｋ）におけるサーミスタ素
子の抵抗値であり、Ｂは通常Ｂ定数と称されるサーミス
タ定数である。

【０００３】一方、測定温度の変化に対する温度検出装
置の出力信号の変化特性としては、その出力信号を表
示、計算等に利用する際の信号処理の容易性という観点
からは直線的であることが望まれる。このため、従来提
案されているこの種の温度検出装置においては、上述の
ようなサーミスタ素子の非直線性を相殺するための回路
や、補正を行う回路を備え、最終的な装置の出力信号が
測定温度の変化に対して直線的に変化するような構成と
するものが殆どであった。

【０００４】例えば、特開平５−４５２３号公報におい
ては、サーミスタ素子の出力信号をＡ／Ｄ変換し、その
ディジタルデータを予めＲＯＭに記憶されたデータで補
正することで、温度に対して最終出力信号が直線的に変
化するようにしたものが開示されている。また、特開平
５−２８２５６９号公報にはおいては、、サーミスタ素
子の温度に対する出力特性と相反する出力特性を有する
対数増幅回路によりサーミスタ素子の出力を増幅するこ
とで、温度変化に対する出力信号の変化が直線的になる
ようにしたものが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、温度変
化に対するサーミスタ素子の抵抗値の変化は、いわゆる
Ｂ定数により異なるものであるため、上述した従来例の
内、前者にあってＲＯＭに記憶されるデータは、予め特
定されたＢ定数を有するサーミスタ素子に対するもので
あり、また、後者にあって対数増幅回路の増幅特性は、
やはり予め特定されたＢ定数を有するサーミスタ素子に
対するものであり、いずれにしても異なるＢ定数を有す
るサーミスタ素子に交換する際には、前者にあってはＲ
ＯＭのデータを、後者にあっては、対数増幅回路の回路
定数を新たに設定し直す必要が生ずることとなり、装置
の汎用性が低いという問題があった。また、上述した従
来例においては、サーミスタ素子の非直線性を相殺する
ための回路を設ける構成となっているため、装置構成が
複雑になり、装置の高価格化を招くという問題もある。

【０００６】本発明は、上記実状に鑑みてなされたもの
で、サーミスタ素子の非直線性を相殺するようないわゆ
る補償回路を設けることなく、しかも測定温度の変化に
対する出力信号の変化が直線性を有する温度検出装置を
構成することのできる温度検出装置におけるサーミスタ
の選択方法及び温度検出装置を提供するものである。本
発明の他の目的は、異なるＢ定数のサーミスタ素子に対
して回路定数を変更することのない温度検出装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る温度検出装置におけるサーミスタの選択方法は、サー
ミスタ素子を温度検出素子として用いてなる温度検出装
置におけるサーミスタ素子の選択方法であって、温度検
出装置に要求される検出温度と出力信号との比例関係が
成立する範囲に応じて、所定のＢ定数の範囲でサーミス
タ素子を選択するものである。

【０００８】請求項２記載の発明に係る温度検出装置に
おけるサーミスタ素子の選択方法は、サーミスタ素子の
抵抗変化が、このサーミスタ素子に直列接続された抵抗
を介して周波数変化に変換されるように構成されてなる
温度検出装置におけるサーミスタ素子の選択方法であっ
て、サーミスタ素子のある温度における抵抗値をＲx、
サーミスタ素子に直列接続された抵抗の抵抗値をＲoと
し、０．５Ｒo≦Ｒx≦２．５Ｒoが成立する条件の下
に、検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係
が成立する検出温度の所望の範囲が６０度の場合には、
Ｂ定数が零より大で且つ４２００以下のサーミスタ素子
を、検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係
が成立する検出温度の所望の範囲が８０度の場合には、
Ｂ定数が零より大で且つ３０００以下のサーミスタ素子
を、検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係
が成立する検出温度の所望の範囲が１００度の場合に
は、Ｂ定数が零より大で且つ２０００以下のサーミスタ
素子を、それぞれ用いるようにしてなるものである。

【０００９】特に、検出温度と温度検出装置の出力信号
の間の比例関係が成立する所望の検出温度範囲における
発振周波数の偏差は、基準値に対して±３％以内である
ものが好適である。さらに、基準値は実測値を基に最小
二乗法により求められたものであるものが好適である。

【００１０】請求項５記載の発明に係る温度検出装置
は、サーミスタ素子に抵抗が直列接続され、このサーミ
スタ素子と抵抗とが発振周波数を決定する要素の一つと
して用いられてなる発振回路を具備し、当該発振回路の
発振周波数の変化が前記サーミスタ素子による検出温度
に対応するように構成されてなる温度検出装置におい
て、サーミスタ素子のある検出温度における抵抗値をＲ
x、サーミスタ素子に直列接続された抵抗の抵抗値をＲo
とし、０．５Ｒo≦Ｒx≦２．５Ｒoが成立する条件の下
に、前記サーミスタ素子は、検出温度と温度検出装置の
出力信号の間の比例関係が成立する検出温度の所望範囲
が６０度の場合には、零より大で且つ４２００以下のＢ
定数を有するものであり、検出温度と温度検出装置の出
力信号の間の比例関係が成立する検出温度の所望の範囲
が８０度の場合には、零より大で且つ３０００以下のＢ
定数を有するものであり、検出温度と温度検出装置の出
力信号の間の比例関係が成立する検出温度の所望の範囲
が１００度の場合には、Ｂ定数が零より大で且つ２００
０以下のものであるようにしてなるものである。

【００１１】特に、発振回路は、その発振周波数が、サ
ーミスタ素子と、このサーミスタ素子に直列に接続され
た抵抗と、コンデンサにより決定されるものが好適であ
る。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明においては、所望する温度
範囲すなわち、検出温度と装置の出力信号との間の比例
関係が成立する所望の検出温度の範囲に応じて、予め確
かめられている所定の範囲のＢ定数のサーミスタ素子を
用いることによって、所望した検出温度の範囲において
は、検出温度変化に対する出力信号の変化が直線的にな
るというものである。

【００１３】請求項２記載の発明においては、サーミス
タ素子が抵抗と直列されて用いられ、サーミスタ素子に
よる検出温度の変化が周波数変化として出力されるよう
に構成された温度検出装置において、使用するサーミス
タ素子を選択するにあたって、先ず、サーミスタ素子の
ある温度における抵抗値と、このサーミスタ素子に直列
接続された抵抗の値とが一定の関係にあることを条件と
し、検出温度と装置の出力信号が直線的となる所望の範
囲に応じて、サーミスタ素子のＢ定数を定めるものであ
る。

【００１４】すなわち、サーミスタ素子のＢ定数と、出
力特性の直線性が保持される範囲との間には相関関係が
あり、その相関関係に基づいて、出力特性が直線的とな
る所望の範囲に応じてサーミスタ素子のＢ定数を決定
し、そのサーミスタ素子を使用することにより、所望の
検出温度範囲において、検出温度変化に対する装置の出
力信号の変化が直線的となるものである。

【００１５】請求項５記載の発明においては、サーミス
タ素子の温度による抵抗変化が周波数変化となるように
温度検出装置が構成されており、所望する検出温度の範
囲において、出力特性すなわち検出温度変化に対する発
振周波数の変化が直線的となるように所定の条件の下で
定められたＢ定数を有するサーミスタ素子が用いられて
いる。このため、所望の検出温度範囲において、検出温
度変化に対する装置の出力信号の変化が直線的となるも
のである。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係る温度検出装置におけるサ
ーミスタの選択方法及び温度検出装置の実施例につい
て、図１乃至図８を参照しつつ説明する。ここで、図１
は第１の実施例における温度検出装置の回路図、図２は
発振周波数とサーミスタ素子の抵抗値との関係を示す特
性線図、図３はサーミスタ素子の抵抗値と雰囲気温度と
の関係を示す特性線図、図４は発振周波数と雰囲気温度
との関係を示す特性線図、図５はＢ定数をパラメータと
した場合の雰囲気温度変化に対するサーミスタ素子の抵
抗値変化及び発振周波数変化を示す特性線図、図６は直
線化範囲の起点を説明するための発振周波数と雰囲気温
度との関係を概略的に示した説明図、図７は直線性の定
義を説明するための概念図、図８は第２の実施例におけ
る温度検出装置の回路図である。なお、以下に説明する
部材、配置等は本発明を限定するものではなく、本発明
の趣旨の範囲内で種々改変することができるものであ
る。

【００１７】先ず、本発明に係る温度検出装置の第１の
実施例について図１を参照しつつ説明する。本実施例の
温度検出装置は、演算増幅器１を中心として構成された
非安定マルチバイブレータによる発振回路からなるもの
である。すなわち、その構成を説明すれば、演算増幅器
１の反転入力端子とアースとの間にはコンデンサ２（容
量Ｃとする）が接続されると共に、演算増幅器１の反転
入力端子と出力端子との間には、抵抗３（抵抗値をＲo
とする）とサーミスタ素子４（測定温度における抵抗値
をＲxとする）が直列に接続されている。なお、少なく
ともサーミスタ素子４は、温度を測定する雰囲気に晒さ
れるようになっている必要がある。

【００１８】また、演算増幅器１の出力端子とアース間
には、抵抗５，６（抵抗値をそれぞれＲ1、Ｒ2とする）
が接続されると共に、抵抗５と抵抗６との接続点は、演
算増幅器１の非反転入力端子に接続されている。かかる
構成において、演算増幅器１の出力端子には、次式で示
される周波数の方形波信号が出力されるようになってい
る。すなわち、発振周波数ｆは、ｆ＝１／（２・Ｃ・Ｒ
3・ｌｎ（１＋２Ｒ1／Ｒ2））となる。ここで、Ｃはコ
ンデンサ２の容量値、Ｒ3は抵抗３の抵抗値Ｒoとサーミ
スタ素子４の抵抗値Ｒxとの合成値、Ｒ1は抵抗６の抵抗
値、Ｒ2は抵抗５の抵抗値であり、また、ｌｎはｅ（＝
2.71828・・・）を底とする対数記号である。

【００１９】この発振周波数は、後述するような観点か
らサーミスタ素子４のいわゆるＢ定数を適宜選定するこ
とにより、一定の温度範囲において、検出温度変化に対
して直線的に変化することとなる。サーミスタ素子４の
Ｂ定数の選定方法について述べるにあたり、その方法が
妥当であることの根拠を順を追って説明し、最後に具体
的な選定方法について述べることとする。

【００２０】先ず、本願発明者は種々の実験に基づい
て、サーミスタ素子４と直列に接続された抵抗３の抵抗
値を固定し、サーミスタ素子４の抵抗値が種々変化する
場合、サーミスタ素子４の抵抗Ｒxが、大凡０．５Ｒo≦
Ｒｘ≦大凡２．５Ｒoを満足する範囲において、上述の
発振周波数ｆとｌｏｇ（Ｒx）の間に比例関係（ｌｏｇ
（Ｒx）の変化に対する発振周波数ｆの変化が直線的で
あること。）が成立することを突き止めた。

【００２１】例えば、図２には、サーミスタ素子の抵抗
値変化に対する発振周波数の変化についての試験結果の
一例が示されている。すなわち、この例は、コンデンサ
２の容量値Ｃ＝０．０６８μＦ、抵抗３の抵抗値Ｒo＝
２００Ω、抵抗６の抵抗値Ｒ1＝１０ｋΩ、抵抗５の抵
抗値Ｒ2＝１０ｋΩと設定すると共に、サーミスタ素子
に代えて可変抵抗器（図示せず）を接続し、その抵抗値
を変えることで、サーミスタ素子の抵抗値がその雰囲気
温度に応じて変化したと等価な状態において測定された
もので、図２にはサーミスタ素子の抵抗値に相当する可
変抵抗器の種々の抵抗値と、各抵抗値に対する発振周波
数がプロットされている。この試験例では、抵抗値Ｒｘ
が０．１乃至０．５（ｋΩ）の範囲で、発振周波数ｆと
ｌｏｇ（Ｒx）との間には比例関係が成立することが確
認された。

【００２２】一方、一般にサーミスタ素子の抵抗値は、
Ｒ＝Ｒo×expＢ（１／Ｔ−１／Ｔo）となることが知ら
れている。ここで、Ｒは絶対温度Ｔ（°Ｋ）におけるサ
ーミスタ素子の抵抗値であり、Ｒoは絶対温度Ｔo（°
Ｋ）におけるサーミスタ素子の抵抗値であり、Ｂ（°
Ｋ）は通常Ｂ定数と称されるサーミスタ定数である。上
述の関係式から、サーミスタ素子の雰囲気温度をｔ
（℃）、そのときのサーミスタ素子の抵抗値をＲxとす
ると、温度ｔとｌｏｇ（Ｒx）との間には略比例関係
（温度ｔの変化に対するｌｏｇ（Ｒx）の変化が直線的
であること。）が成立すると言うことができる。

【００２３】例えば、図３にはサーミスタ素子の雰囲気
温度と抵抗値との関係を示す特性線が示されている。こ
の特性線は、Ｂ定数が３２５０±２％（°Ｋ）、雰囲気
温度２５℃における抵抗値が２．０ｋΩのサーミスタ素
子２０個についての雰囲気温度に対する抵抗値の平均値
をプロットしたもので、雰囲気温度ｔとｌｏｇ（Ｒx）
との間には比例関係が成立していることが解る。なお、
以下の説明においては、説明を簡単にする都合上、雰囲
気温度と検出温度とは同意義であるものとする。

【００２４】これら二つの比例関係すなわち、発振周波
数ｆとｌｏｇ（Ｒx）との間における比例関係と、雰囲
気温度ｔとｌｏｇ（Ｒx）との間における比例関係とか
ら、発振周波数ｆと雰囲気温度ｔとの間に比例関係（温
度ｔの変化に対する発振周波数ｆの変化が直線的である
こと。）が成立することが導かれる。但し、大凡０．５
Ｒo≦Ｒｘ≦大凡２．５Ｒoであることが条件である。

【００２５】例えば、図４には、雰囲気温度変化に対す
る発振周波数変化の一試験例が示されている。すなわ
ち、この例は、Ｒｏ＝６６５Ω、Ｒ1＝Ｒ2＝１０ｋΩ、
Ｃ＝０．０３３μＦとし、サーミスタ素子４には、Ｂ定
数が３２５０±２％（°Ｋ）、雰囲気温度２５℃におけ
る抵抗値が２．０ｋΩのものを使用した場合における雰
囲気温度と発振周波数との関係を示すもので、雰囲気温
度が１５℃乃至７５℃範囲（温度範囲６０度）において
発振周波数が直線的に変化することが示されている。

【００２６】そして、種々のＢ定数に対する発振周波数
と温度変化との関係から、次の三つのことが言える。す
なわち、第１には、雰囲気温度に対するサーミスタ素子
の抵抗値の変化が直線的である範囲（以下「直線化範
囲」と言う。）は、Ｂ定数により変え得るもので、図５
（ｂ）に示された概略特性線図のように、Ｂ定数が小さ
い場合には直線化範囲は広く、Ｂ定数が大きくなると直
線化範囲は狭くなる傾向にあることである。

【００２７】ここで、図５（ａ）は、雰囲気温度に対す
るサーミスタ素子の抵抗値の変化を示す特性線を、Ｂ定
数をパラメータとして表したもので、Ｂ定数が大きくな
ると、特性線は傾きが大きくなり且つその位置が座標原
点から離れ、抵抗値が大きくなる方向へ移動する傾向が
表されている。また、図５（ｂ）は、雰囲気温度に対す
る発振周波数の変化を示す特性線を、Ｂ定数をパラメー
タとして表したもので、Ｂ定数が大きくなると、直線化
範囲（特性線において実線で表された部分）が狭くなる
傾向が示されている。

【００２８】第２には、サーミスタ素子４に直列接続さ
れる抵抗３の抵抗値Ｒoにより直線化範囲の起点が定ま
るということである。すなわち、図６に示されたよう
に、サーミスタ素子の雰囲気温度変化に対する発振周波
数の変化を示す特性線の直線化範囲の起点（直線化範囲
の内、雰囲気温度の最低の点）は、抵抗値Ｒoにより種
々変え得るということである。

【００２９】第３には、コンデンサ２の容量により、雰
囲気温度に対する発振周波数の変化を示す特性線（図６
参照）の傾きを変えることができることである。コンデ
ンサ２の容量は、既に述べたように発振周波数にも影響
するものであるが、発振回路を構成する演算増幅器１の
上限周波数等を考慮し、これを越えない範囲であれば、
コンデンサ２の容量を適宜選択することで、特性線の傾
きを所望の大きさとすることが可能である。

【００３０】次に、上述の観点に基づいた具体的なＢ定
数の選定について述べる。上述のように、Ｂ定数は所望
する直線化範囲の大きさによって異なるもので、直線化
範囲との関係で次のように設定することが可能である。
先ず、直線化範囲として６０℃を所望する場合、Ｂ定数
４２００（°Ｋ）以下（但し、零以下の範囲を除く）の
ものを、直線化範囲として８０℃を所望する場合、Ｂ定
数３０００（°Ｋ）以下（但し、零以下の範囲を除く）
のものを、直線化範囲として１００℃を所望する場合、
Ｂ定数２０００（°Ｋ）以下（但し、零以下の範囲を除
く）のものを、それぞれ選択することにより、雰囲気温
度の変化に対する発振周波数の変化の特性線は、直線性
±３．０％以下とすることができる。

【００３１】このように、所望の温度範囲に対して規定
されたＢ定数の範囲内であれば、一旦設定したサーミス
タ素子を、他のＢ定数のサーミスタ素子に変えても、従
来と異なり、回路定数の変更を行うことなく、所望の温
度範囲において、出力特性の直線性の確保が可能であ
る。

【００３２】ここで、Ｂ定数の範囲として、「以下」と
規定したが、その意味は、その数値以下のＢ定数であっ
て、現実に存在し得るものであればよいという主旨であ
る。したがって、零及び負の数値となることはあり得な
い。実際に現在、製品として市販されているサーミスタ
素子のＢ定数の最小値としては、千数百の値となってい
る。

【００３３】試験結果の一例を挙げれば、サーミスタ素
子４として、Ｂ定数３２５０（°Ｋ）で且つ雰囲気温度
２５℃における抵抗値が２．０ｋΩのものを用いた場
合、雰囲気温度１５乃至７５℃（直線化範囲６０℃）の
範囲で、±０．８２％以下の直線性を得ることができ
た。また、サーミスタ素子４として、Ｂ定数１５５０
（°Ｋ）で且つ雰囲気温度２５℃における抵抗値が５０
０Ωのものを用いた場合、雰囲気温度−２０乃至＋８０
℃（直線化範囲１００℃）の範囲で、直線性は±０．６
８％以下の直線性を得ることができた。

【００３４】ここで、直線性の定義は以下のとおりであ
る。例えば、図７において、実測による雰囲気温度変化
に対する発振周波数変化の特性線が実線で表され、この
特性線に対して、いわゆる最小二乗法により求められた
基準線が点線で表されたものであるとする。

【００３５】そして、ｆUは、実測による発振周波数の
上方の飽和値を、ｆLは、実測による発振周波数の下方
の飽和値を、それぞれ表すものとする。さらに、ｆ1
は、所望する直線化範囲の中で、基準線からマイナス側
にずれた実測値の最大値であり、ｆ2は、所望する直線
化範囲の中で、基準線からプラス側にずれた実測値の最
大値であるとする。また、Ｆは所望する直線化範囲に対
する発振周波数の幅であるとする。

【００３６】仮に、ｆ1についての直線性を数量的に表
す式（（ｆU−ｆ1）／Ｆ）×１００（％）で求められた
値が−１％であり、ｆ2についての直線性を数量的に表
す式（（ｆL−ｆ2）／Ｆ）×１００（％）で求められた
値が＋２％であったとすると、その絶対値の平均値すな
わち（１＋２）／２＝１．５％を直線性としたものであ
る。

【００３７】なお、上述した第１の実施例においては、
少なくともサーミスタ素子４を雰囲気温度に晒されるよ
うにすればよいとしたが、発振回路と共にハウジングに
収納し、そのハウジング自体を雰囲気温度に晒すように
構成してもよい。また、第１の実施例においては、演算
増幅器１を用いて非安定マルチバイブレータを構成する
ようにしたが、勿論他の素子すなわちトランジスタを用
いて構成するようにしてもよいものである。

【００３８】さらに、発振回路の構成も図１の構成に限
定される必要はなく、サーミスタ素子４と抵抗３が、コ
ンデンサと共にいわゆる帰還回路に設けられるような構
成であればよく、例えば、ウィーンブリッジ発振回路等
を用いるようにしてもよい。

【００３９】またさらに、発振出力を電源ラインに重畳
するように構成することにより、温度検出装置から外部
へ引き出される接続線は、電源を印加するに要する２本
の線だけとなり、外部との接続のために要する線の数を
最小限のものとすることが可能である。

【００４０】次に、第２の実施例について、図８を参照
しつつ説明する。この第２の実施例が上述の第１の実施
例と異なる点は、上述の第１の実施例では、測定温度の
変化に対して発振周波数が直線的に変化したものである
のに対し、測定温度の変化に対して出力電圧が直線的に
変化するようしたことにある。

【００４１】すなわち、第２の実施例における温度検出
装置は、三角波発振回路７と、微分回路８と、同期整流
回路９と、直流増幅回路１０と、基準電圧発生回路１１
と、を具備してなるものである。三角波発振回路７は、
先の図１に示された発振回路が方形波を出力するもので
あったのに対し、いわゆる三角波を出力するようになっ
ているもので、図１に示された発振回路におけると同様
に、発振周波数ｆと雰囲気温度ｔとの間に比例関係が成
立するものである。

【００４２】本実施例における三角波発振回路７は、演
算増幅器１２を中心に構成された積分器と、演算増幅器
１３及びトランジスタ１４を中心に構成されたシュミッ
ト回路からなるものである。演算増幅器１２の反転入力
端子と出力端子との間には、コンデンサ１５が接続され
ると共に、同じ反転入力端子と演算増幅器１３の出力端
子との間には、抵抗１６（抵抗値Ｒo）とサーミスタ素
子１７（抵抗値Ｒx）とが直列接続されて、演算増幅器
１３の出力がサーミスタ素子１７及び抵抗１６を介して
帰還されることで、後述するように積分動作が繰り返し
行われるようになっている。

【００４３】サーミスタ素子１７と抵抗１６の合成抵抗
値（Ｒx＋Ｒo）と、コンデンサ１５の容量値Ｃとは、い
わゆる積分時定数を決定するものとなっている。また、
図１で示された第１の実施例と同様に、演算増幅器１２
から出力されるいわゆる三角波の発振周波数ｆと雰囲気
温度ｔとの間の比例関係を確保するため、サーミスタ素
子１７の抵抗値Ｒxと抵抗１６の抵抗値Ｒoとの間には、
大凡０．５Ｒo≦Ｒx≦大凡２．５Ｒoの関係が成立する
必要がある。

【００４４】演算増幅器１３は、コンパレータの機能を
果たしているが、その基準電圧がトランジスタ１４の作
用により２通りに設定されるようになっており、この演
算増幅器１３とトランジスタ１４を中心にして、シュミ
ット回路が構成されるようになっている。すなわち、演
算増幅器１３の非反転入力端子には積分器を構成する演
算増幅器１２の出力端子が接続される一方、反転入力端
子には、電源ラインとアース間に直列接続された抵抗１
８，１９の接続点の電圧が、抵抗２０を介して印加され
るようになっている。

【００４５】また、演算増幅器１３の出力端子は、抵抗
２１を介してトランジスタ１４のベースに接続されてい
る。さらに、トランジスタ１４のエミッタは接地される
一方、コレクタは抵抗２２を介して電源に接続されると
共に、抵抗２３を介して演算増幅器１３の反転入力端子
に接続されている。なお、本実施例における演算増幅器
１３は、比較動作の結果に応じて、正の飽和電圧又は負
の飽和電圧を出力するようになっているもので、特に、
いわゆる片電源で動作するものを使用しているので、実
際に負の飽和電圧は０Ｖとなるものである（以下の説明
においてもこの演算増幅器１３の負の飽和電圧＝０Ｖで
あるとする。）。

【００４６】例えば、演算増幅器１３から正の飽和電圧
が出力されると、トランジスタ１４は導通し、トランジ
スタ１４のコレクタは、略アース電位となる。このた
め、演算増幅器１３には、抵抗２０を介して抵抗１８，
１９による分圧比に応じた電圧が第１の基準電圧ＶS1と
して印加されることとなる。一方、演算増幅器１３から
負の飽和電圧が出力されると、トランジスタ１４は非導
通状態となり、トランジスタ１４のコレクタ電圧は、略
電源電圧となる。このため、演算増幅器１３の反転入力
端子に印加される電圧すなわち第２の基準電圧ＶS2は、
先のトランジスタ１４が導通状態における第１の基準電
圧ＶS1に、電源電圧を抵抗２２，２３と抵抗１９，２０
で分割した電圧が加算されたものとなる。

【００４７】したがって、例えば、仮に演算増幅器１３
の出力が正の飽和電圧になったとすると、この正の飽和
電圧はサーミスタ素子１７及び抵抗１６を介して演算増
幅器１２の反転入力端子に入力される結果、演算増幅器
１２の出力は、それまでの正極側の電圧から徐々に降下
して０Ｖへ向かうこととなる。一方、このときの演算増
幅器１３の反転入力端子の電圧は、第１の基準電圧ＶS1
となっており、演算増幅器１２の出力電圧がこの第１の
基準電圧ＶS1より低下しない内は、演算増幅器１３の出
力電圧は正の飽和電圧に保持される。

【００４８】そして、演算増幅器１２の出力電圧の降下
に伴い、その出力電圧が第１の基準電圧ＶS1を下回ると
同時に、演算増幅器１３の出力電圧は負の飽和電圧とな
り、トランジスタ１４が非導通状態となる。この結果、
演算増幅器１３の反転入力端子の電圧は、第２の基準電
圧ＶS2となる。

【００４９】また、演算増幅器１３から出力された負の
飽和電圧は、サーミスタ素子１７及び抵抗１６を介して
演算増幅器１２の反転入力端子へ印加される結果、演算
増幅器１２の出力電圧は、これまでとは逆に上昇するこ
ととなり、その電圧が第２の基準電圧ＶS2を上回ると、
演算増幅器１３の出力電圧が負の飽和電圧から正の飽和
電圧へ反転することとなり、上述した最初の状態に戻る
こととなる。以下、このような動作が繰り返されるよう
になっており、演算増幅器１２の出力には、いわゆる三
角波が得られるようになっている。

【００５０】微分回路８は、上述した演算増幅器１２か
ら出力された三角波を微分して方形波を得るためのもの
で、本実施例においては、演算増幅器２４の反転入力端
子にコンデンサ２５を介して演算増幅器１２の出力信号
が印加されるようにすると共に、この反転入力端子と出
力端子との間に抵抗２６が接続されて微分回路が構成さ
れるようになっている。

【００５１】また、本実施例では、演算増幅器２４の非
反転入力端子へ、基準電圧発生回路１１により発生され
た基準電圧Ｖrefが印加され、演算増幅器２４による微
分出力すなわち方形波信号の極性が、基準電圧Ｖrefを
中心として変わるようになっている。そして、この微分
回路８からは、三角波発振回路７の出力信号の繰り返し
周期に比例してその波高値が変化する方形波信号が出力
されるようになっている。

【００５２】同期整流回路９は、演算増幅器２７により
微分回路８からの方形波信号（パルス）、その立ち下が
りのタイミングに同期して位相（極性）を反転させて直
流電圧を出力するものである。すなわち、本実施例の同
期整流回路９は、演算増幅器２７とＦＥＴトランジスタ
２８とを中心に構成されており、演算増幅器２７の２つ
の入力端子は、それぞれ抵抗２９，３０を介して共に、
微分回路８を構成する演算増幅器２４の出力端子に接続
されている。

【００５３】また、演算増幅器２７の非反転入力端子に
は、ＦＥＴトランジスタ２８のドレインが接続されてい
る。このＦＥＴトランジスタ２８のゲートは、抵抗３１
を介して三角波発振回路７の演算増幅器１３の出力端子
に接続されると共に、この抵抗３１の演算増幅器１３側
の一端は、抵抗３２を介してアースに接続されている。
さらに、ＦＥＴトランジスタ２８のソースは、基準電圧
発生回路１１を構成する演算増幅器４０の出力端子に接
続されている。

【００５４】そして、この同期整流回路９においては、
先ず、三角波発振回路７の演算増幅器１３の出力端子が
正の飽和電圧である期間以外では、ＦＥＴトランジスタ
２８が非導通状態にあり、演算増幅器２７の２つの入力
端子には、微分回路８の出力電圧だけが同時に印加され
ることとなる。したがって、演算増幅器２７の２つの入
力端子間の電圧差は生じず、その出力端子には微分回路
８の出力電圧が略そのまま（具体的には（利得＋１）
倍）。

【００５５】一方、演算増幅器１３の出力端子が正の飽
和電圧である期間は、ＦＥＴトランジスタ２８が導通状
態となって、演算増幅器２７の非反転入力端子には基準
電圧Ｖrefが印加され、演算増幅器２７は、反転増幅器
として動作することとなる。したがって、演算増幅器２
７の出力端子には、抵抗２９，３３を同じ値に設定する
ことにより、微分回路８の出力信号である微分パルス
（方形波信号）の波高値に等しく、かつ、極性が逆（基
準電圧Ｖrefを中心として）の直流電圧が出力されるよ
うになっている。

【００５６】直流増幅回路１０は、同期整流回路９から
出力された電圧を所望の値（スイング幅）まで増幅出力
するためのもので、本実施例においては、演算増幅器３
４を中心に構成されており、反転入力端子には抵抗３５
を介して同期整流回路９の出力電圧が印加されるように
なっていると共に、この反転入力端子と出力端子との間
には、並列接続された抵抗３６とコンデンサ３７とが直
列に接続されている。なお、コンデンサ３７は、同期整
流回路９における直流変換の際に生ずるスパイク性のノ
イズを除去するためのものである。

【００５７】また、非反転入力端子には、電源ラインと
アース間に直列接続された抵抗３８，３９の接続点が接
続されて、この抵抗３８，３９により分圧された電圧が
基準電圧Ｖref2として印加されるようになっている。し
たがって、演算増幅器３４の出力端子には、非反転入力
端子に印加された電圧と反転入力端子に印加された電圧
との電圧差が、抵抗３５と抵抗３６の比で定まる増幅度
で増幅された電圧が出力されることとなる。

【００５８】本実施例においては、演算増幅器３４の非
反転入力端子への印加電圧が、予め設定した検出温度に
て得られる同期整流回路９の出力電圧と等しくなるよう
に設定されている（例えば、２５℃においてＶref2＝
２．０ｖ）ため、そのときは演算増幅器３４の出力端子
には、Ｖref2と等しい電圧が出力される。すなわち、同
期整流回路９の出力電圧の大きさに応じて、Ｖref2より
大きい場合には、負側へ、小さい場合には、正極側へ、
それぞれ出力信号がＶref2を中心にスイングすることと
なる。

【００５９】基準電圧発生回路１１は、演算増幅器４０
を中心に構成された電圧ホロワ回路からなるもので、抵
抗４１，４２で分圧された電源電圧が基準電圧として出
力されるようになっている。

【００６０】上記構成における、この第２の実施例の温
度検出装置の回路動作を説明すれば、サーミスタ素子１
７の雰囲気温度の変化に応じて、三角波発振回路７の発
振周波数は変化し、雰囲気温度が高くなると三角波の繰
り返し周期は速く、また雰囲気温度が低くなると三角波
の繰り返し周期は遅くなる。そして、微分回路８の演算
増幅器２６の出力端子には、三角波の繰り返し周期の変
化に比例して波高値が変化するパルスが現れる。

【００６１】同期整流回路９では、ＦＥＴトランジスタ
２８のオンの期間、前記パルス（微分回路８の出力信
号）の位相反転（Ｖref2を基準として）が行われるの
で、演算増幅器２７からは前記三角波の繰り返し周期に
比例した直流電圧が出力される。したがって、同期整流
回路９から直流増幅回路１０に印加される直流電圧は、
雰囲気温度の変化に応じて変化する（比例する）ことと
なる。

【００６２】すなわち、直流増幅回路１０からは、雰囲
気温度が高くなるにしたがいＶref2を基準として正側の
大きな電圧が、雰囲気温度の低くなるにしたがい負側の
小さな電圧が出力されることとなる。換言すれば、この
第２の実施例においては、サーミスタ素子１７の雰囲気
温度すなわち検出温度ｔと、装置の出力電圧Ｖoutとの
間には、比例関係が成立するようになっている。

【００６３】このように第２の実施例の場合には、検出
温度の変化に対応した電圧出力が得られるので、例え
ば、この電圧出力をＡ／Ｄ変換器によって処理する場合
には、従来と異なり、Ａ／Ｄ変換器の出力データを、さ
らにＲＯＭ等に記憶された対数変換等の補正マップによ
って補正するような必要がなくなり、後段の回路構成が
簡素になる。

【００６４】また、第２の実施例の温度検出装置の出力
信号を用いて、例えば、複数点の温度制御を行うような
場合に、制御を所望する設定温度に達したか否かを、比
較回路を用いて判定する構成とする際には、温度検出装
置の出力信号がいわゆる比例出力であるので、設定温度
に相当する比較電圧の設定が簡単になるという利点が生
ずる。

【００６５】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明によれば、
サーミスタ素子のＢ定数を、温度検出装置に求められる
出力特性の直線性の範囲、すなわち、検出温度変化に対
して出力信号を直線的とする所望の範囲に応じて決定
し、そのサーミスタ素子を用いるようにすることで、従
来と異なり、サーミスタ素子の温度変化に対する抵抗値
変化の非直線性を補償するための手段を必要とすること
なく、一定の範囲において出力特性の直線性が確保でき
るので、温度検出装置の構成を簡素なものとすることが
できる。

【００６６】また、所定の範囲内のＢ定数であれば、同
じ温度範囲で出力特性の直線性が確保されるので、従来
と異なり、サーミスタ素子の破損等によりサーミスタ素
子を異なるＢ定数のものに交換しても、回路定数の変更
を行う必要がなく、汎用性の高い装置を提供することが
できる。

【００６７】さらに、検出温度と出力信号とが直線的に
変化する範囲においては、比例計算により検出温度の算
出が可能であるので、基本的には分解能が無限大であ
り、従来と異なり、より精度の高い測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例における温度検出装置の回路図で
ある。

【図２】発振周波数とサーミスタ素子の抵抗値との関係
を示す特性線図である。

【図３】サーミスタ素子の抵抗値と雰囲気温度との関係
を示す特性線図である。

【図４】発振周波数と雰囲気温度との関係を示す特性線
図である。

【図５】Ｂ定数をパラメータとした場合の雰囲気温度変
化に対するサーミスタ素子の抵抗値変化及び発振周波数
変化を示す特性線図であり、図５（ａ）は雰囲気温度変
化に対するサーミスタ素子の抵抗値変化を示す特性線
図、図５（ｂ）は雰囲気温度変化に対する発振周波数変
化を示す特性線図である。

【図６】直線化範囲の起点を説明するための発振周波数
と雰囲気温度との関係を概略的に示した説明図である。

【図７】直線性の定義を説明するための概念図である。

【図８】第２の実施例における温度検出装置の回路図で
ある。

【符号の説明】

１…演算増幅器 ２…コンデンサ ３…抵抗 ４…サーミスタ素子 ７…三角波発振回路 ８…微分回路 ９…同期整流回路 １０…直流増幅回路 １１…基準電圧発生回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーミスタ素子を温度検出素子として用
   いてなる温度検出装置におけるサーミスタ素子の選択方
   法であって、 温度検出装置に要求される検出温度と出力信号との比例
   関係が成立する範囲に応じて、所定のＢ定数の範囲でサ
   ーミスタ素子を選択することを特徴とする温度検出装置
   におけるサーミスタ素子の選択方法。
2. 【請求項２】 サーミスタ素子の抵抗変化が、このサー
   ミスタ素子に直列接続された抵抗を介して周波数変化に
   変換されるように構成されてなる温度検出装置における
   サーミスタ素子の選択方法であって、 サーミスタ素子のある温度における抵抗値をＲx、サー
   ミスタ素子に直列接続された抵抗の抵抗値をＲoとし、 ０．５Ｒo≦Ｒx≦２．５Ｒoが成立する条件の下に、 検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係が成
   立する検出温度の所望の範囲が６０度の場合には、Ｂ定
   数が零より大で且つ４２００以下のサーミスタ素子を、 検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係が成
   立する検出温度の所望の範囲が８０度の場合には、Ｂ定
   数が零より大で且つ３０００以下のサーミスタ素子を、 検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係が成
   立する検出温度の所望の範囲が１００度の場合には、Ｂ
   定数が零より大で且つ２０００以下のサーミスタ素子
   を、それぞれ用いることを特徴とする温度検出装置にお
   けるサーミスタ素子の選択方法。
3. 【請求項３】 検出温度と温度検出装置の出力信号の間
   の比例関係が成立する所望の検出温度範囲における発振
   周波数の偏差は、基準値に対して±３％以内であること
   を特徴とする請求項２記載の温度検出装置におけるサー
   ミスタ素子の選択方法。
4. 【請求項４】 基準値は実測値を基に最小二乗法により
   求められたものであることを特徴とする請求項３記載の
   温度検出装置におけるサーミスタ素子の選択方法。
5. 【請求項５】 サーミスタ素子に抵抗が直列接続され、
   このサーミスタ素子と抵抗とが発振周波数を決定する要
   素の一つとして用いられてなる発振回路を具備し、当該
   発振回路の発振周波数の変化が前記サーミスタ素子によ
   る検出温度に対応するように構成されてなる温度検出装
   置において、 サーミスタ素子のある検出温度における抵抗値をＲx、
   サーミスタ素子に直列接続された抵抗の抵抗値をＲoと
   し、 ０．５Ｒo≦Ｒx≦２．５Ｒoが成立する条件の下に、 前記サーミスタ素子は、 検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係が成
   立する検出温度の所望範囲が６０度の場合には、零より
   大で且つ４２００以下のＢ定数を有するものであり、 検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係が成
   立する検出温度の所望の範囲が８０度の場合には、零よ
   り大で且つ３０００以下のＢ定数を有するものであり、 検出温度と温度検出装置の出力信号の間の比例関係が成
   立する検出温度の所望の範囲が１００度の場合には、Ｂ
   定数が零より大で且つ２０００以下のものであることを
   特徴とする温度検出装置。
6. 【請求項６】 発振回路は、その発振周波数が、サーミ
   スタ素子と、このサーミスタ素子に直列に接続された抵
   抗と、コンデンサにより決定されるものであることを特
   徴とする請求項５記載の温度検出装置。