JPS6017714Y2 - 光電変換素子の温度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は周囲温度が制御されていないか、あるいは十分
でない環境で使用される光学的計器例えば煙検出器ある
いは油分検出器等において採用されている光電変換素子
の動作を安定化するための温度制御装置に関する。

全光電変換素子を油分濃度の計測に使用した一応用例と
して第１図に油分濃度計の一構成例を示す。

第１図において光源１からの光は検出セル２へ至り、導
管６へは連続あるいはパッチの油性水が導びかれ光はこ
れを透過して光電変換素子３へ入射する。

変換された電気信号は増巾器４で増巾され指示計５に指
示される。

従って光電変換素子３の安定で高性能な変換能力がこの
油分濃度計の信頼性を大きく左右する。

一般に光電変換素子は温度依存性が強く、入射光が変化
しないのに周囲温度の変化により電気信号出力が著るし
く変わる。

従って光学的計器としての安定性や再現性が保持できず
著るしく信頼を失なうという欠点があった。

このような欠点を除去するために恒温槽が利用されてい
るが光学計器の測定結果が火災とか、海水汚染に直結し
一剤も猶予ができないような場合には更に恒温槽の安定
な稼動のために自己点検の機能が要求される。

本考案は光電変換素子を恒温槽内に封入し、槽内温度を
均一にかつ規定された温度範囲内に制御することが可能
で、槽内温度に異常が認められるときは警報信号を出力
できるようにした経済的な光電変換素子の温度制御装置
を提供することを目的とする。

以下図面にもとづいて詳細に説明する。

第２図ａは本考案による恒温槽の１実施例の側面積断面
図で、第２図すは本考案による恒温槽の１実施例の平面
説明図である。

第２図ａにおいて入射光を透過させる透明材からなる入
射窓１１は前蓋１８の内側にあって発熱体１７の間にパ
ツキン１２を介して気密な空間を作る。

入射光を受は電気信号を発生する例えば硫化カドニウム
からなる光電変換素子１３はこの気密な空間の中で裏面
を金属部材からなる発熱体１７の頭部に固着されて保持
される。

発熱体１７の内部には自身を加熱する加熱器１４と、発
熱体１７の温度を測定する例えばサーミスタからなる温
度検出器１５とは発熱体の温度分布を均一にするため複
数個づつを光電変換素子１３の垂直中心軸に対して均等
な位置に配設して発熱体１７に樹脂等で封着される。

例えば加熱器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃは第２図すに示す
ように中心に対して１２０度づつ均等な位置に配置され
、温度検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃは加熱器１４に近
接して同様に１２０度づつ均等に配置されてる。

再び第２図ａにおいて発熱体１７の側面の一部は断熱効
果のある絶縁物からなる側体１９によって支持され、同
様に絶縁物からなる端子板２０は発熱体１７の底部を抑
えながら側体１９に締めつけられた前蓋１８を入射窓１
１、パツキン１２を介して発熱体１７を圧着して前蓋１
８と同様に側体１９に締め付けられる。

光電変換素子１３からの２本の導線１６Ａ、１６Ｂは電
気信号の出力端子で発熱体１７の中を貫通しているが気
密を保持するため出力端子部分は樹脂等で封着される。

これらの端子ならびに加熱器１４と温度検出器１５から
もそれぞれ２本づつの導線が多数端子板２０上の端子に
導びかれる。

以上が恒温槽２７の構成である。

次に第３図は本考案による光電変換素子の温度制御装置
の一例を示す説明図である。

第３図において加熱器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃはそれぞ
れ光電変換素子１３を中心にして発熱体１７の内部に均
等な角度位置を保って温度検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５
Ｃを伴って配置され、これら温度検出器からの検出温度
は電気信号として恒温槽２７から多心ケーブルで接続さ
れた温度調節器２５に至り調節用の加熱電流は多心ケー
ブルを通って加熱器１４に至る。

更に温度検出器１５からの検出信号は温度調節器２５よ
りこれを隣接して配設された自己点検器２６に至り検出
信号に異常を認めると警報信号を出力する。

温度調節器２５においては周囲温度が外部の環境によっ
て例えば日照、強風とか発熱物体に近接している場合と
かのように温度分布が均一に安定して保持されないとき
にはそれぞれの温度検出器の信号に応じて個別に加熱器
の制御が可能となるような複数個の温度調節器が必要で
ある。

また制御の方式としては恒温槽の保温ならびに発熱体の
熱容量が十分ならば熱変化に対する時定数を大きくとれ
るので簡単なオン・オフ制御で十分である。

しかしどうしてもオフセットが残るような場合にはＰＩ
制御も必要となる。

自己点検器２６においては例えば演算増巾器を利用した
ウィンドーコンパレータのような比較器を複数個設け、
各比較器の一方の入力端子にはそれぞれの温度検出器か
らの検出信号を接続し、他方の入力には基準温度を示す
信号を接続する。

上記比較器からの異常出力信号は一定の待ち時間、すな
わち恒温槽が始動してから規定の温度範囲に達するまで
の間タイマーによって警報信号の出力を抑制される。

一度恒温槽が規定の温度範囲に到達した後は、例えば加
熱器の１つが断線あるいはレアショートして温度検出器
の検出信号が規定の出力範囲から逸脱したとき、あるい
は温度検出器の性能が劣下した場合等恒温槽の発熱体の
温度分布が不均一になって規定の温度範囲を逸脱すると
きは警報信号を出して警報回路を駆動し警報を発するよ
うにしたものである。

次に本考案になる光電変換素子の温度制御装置の作動を
説明する。

制御温度については光電変換素子の特性をそこなわない
範囲で通常の気温よりやや高い５０℃付近に設定するの
が経済的である。

これは２０℃付近にて一定温度に保持しようとすると外
気の変化により加熱及び冷却の両方の制御を必要とする
ので費用が嵩さむ。

常温より高く設定温度を５０°Ｃとした場合には加熱制
御のみで足りるからである。

また制御温度範囲は、所望とする計器により規定される
が例えば５０℃±２５℃の近くに設定する。

さらに制御性能を良くするため、恒温槽内の温度分布は
均一に、温度変化はゆっくりと行なわれるようにする。

このため設計上の配慮から第２図ａにおいて発熱体１７
は金属部材の円墳状として、その熱容量を可及的に大き
くとり、透明材の入射窓とパツキン１２によって光電変
換素子１３は気密空間の中にあるようにし、加熱器１４
及び温度検出器１５は樹脂等で発熱体１７に封着するよ
うにする。

第４図は本考案になる装置の温度制御の一例を示す説明
図である。

第４図において縦軸に恒温槽の温度を示し、横軸に時間
を示す。

恒温槽を作動させる前は温度は気温２０℃を示している
。

恒温槽の電源を入れると設定温度５０℃より低いため第
３図の加熱器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃはそれぞれ加熱さ
れて１点より温度で上昇を始め、やがて待ち時間丁（１
点とｍ点の差）を経過するとｍ点で設定温度５０’Ｃ！
に達し、少しこれを越え加熱器１４が断になると温度は
下降してくる。

以下は温度検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ等により検出
される温度に応じて加熱器１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃはそ
れぞれ接・断を繰返すことになる。

結果として温度は５０°Ｃ±２．５℃の規定の制御温度
範囲を保持する。

気温の変化がある場合も同様にして恒温槽内の温度は急
変することなく、ゆっくりと変化するため光電変換素子
１３への温度の影響は殆んどなく光学的計器の再現性は
格段に改善される。

なお、光学的計器が周囲温度の比較的安定で温度分布が
均一あ環境において使用されるときは図示しないが第２
図ａにおいて恒温槽２７の発熱体１７の内部には光電変
換素子１３に近くその垂直中心軸上にただ１個の温度検
出器１５を封入し、複数個の加熱器１４を同時に単一の
温度調節器２５で制御するようにすると経済性は著るし
く向上する。

また、複数個の温度検出器１５を設けた場合でも例えば
温度検出器１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃからの検出温度に応
じた電気信号を積算あるいは平均値をとって加熱器１４
Ａ、１４Ｂ、１４Ｃの全てを同時に単一の温度調節器２
５で制御するようにしても経済性は向上する。

以上説明したように本考案は光学的計器において光電変
換素子を恒温槽に封入し、槽内温度を均一に、かつ規定
された温度範囲内に制御することが可能で、槽内温度に
異常が認められるときは警報信号を出力できるようにし
た経済的なしかも性能のよい光電変換素子の温度制御装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の１応用例としての油分濃度計の構成を
示すブロック図、第２図ａは本考案による恒温槽の１実
施例の側面横断面図、第２図すは本考案による恒温槽の
１実施例の平面説明図、第３図は本考案による光電変換
素子の温度制御装置の一例を示す説明図、第４図は本考
案になる装置の温度制御の一例を示す説明図である。 １・・・・・・光源、２・・・・・・検出セル、３・・
・・・・光電変換素子、４・・・・・・増巾器、５・・
・・・・指示計、６・・・・・・導管、１１・・・・・
・入射窓、１２・・・・・・パツキン、１３・・・・・
・光電変換素子、１４・・・・・・加熱器、１５・・・
・・・温度検出器、１６・・・・・・導線、１７・・・
・・・発熱体、１８・・・・・・前蓋、１９・・・・・
・側体、２０・・・・・・端子板、２５・・・・・・温
度調節器、２６・・・・・・自己点検器、２７・・・・
・・恒温槽。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. （１）光電変換素子を用いる光学的計器において、該光
   電変換素子の中心軸に対して均等な位置に複数個の加熱
   器および該加熱器に近接してそれぞれに対応する複数個
   の温度検出器が内部に封着された熱容量の大きい金属部
   材からなり前記中心軸に対して対称形をなしその中心軸
   上の前面に上記光電変換素子が固着された発熱体を内蔵
   し、該発熱体の側面部と底部は断熱効果のある絶縁物か
   らなる側体と端子板で封着され、前面部は前記光電変換
   素子への入射光を透過させる透明材とバッキングを介し
   て前蓋で封着された恒温槽と、上記温度検出器からの検
   出信号によって対応する上記加熱器への加熱電流を制御
   して上記発熱体の温度を制御し得る複数個の温度調節器
   と、該温度調節器から上記検出信号を入力して該検出信
   号に異常を認めた場合に警報信号を出力する自己点検器
   とよりなる光電変換素子の温度制御装置。
2. （２）上記発熱体には複数個の加熱器を上記中心軸に対
   して均等な位置に封入し、上記中心軸上に上記光電変換
   素子に近く１個の温度検出器を封入するようにした恒温
   槽と、上記温度検出器からの検出信号によって上記加熱
   器への加熱電流を制御しうる１個の温度調節器とよりな
   る実用新案登録請求の範囲第１項記載の光電変換素子の
   温度制御装置。