JPS61122534A - サ−ミスタを使用した温度測定方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 この発明は、サーミスタを使用した温度測定方法に関す
るものである。。

〔従来技術とその問題点〕

従来から被測定物の温度を、サーミスタを使用して測定
する方法が知られている。

第３図は、サーミスタを使用した、従来の温度測定方法
を示すブロック図である。第３図に示されるように、直
流電源１は、ダミー抵抗２を介してサーミスタ３に一定
の大きさの直流電流を供給する。そして、リニアライザ
４は、サーミスタ３の温度とサーミスタ３からの出力電
圧（Ｅｓ）　　との関係が線形になるように前記出力電
圧（Ｅｓ）を補正する。即ち、サーミスタ３の抵抗値と
サーミスタ３の温度とは、第６図に示されるように対数
関係にあるので、サーミスタ３からの出力電圧（Ｅｓ　
）とサーミスタ３の温度とは、極端な非線形の関係とな
る。従って、被測定物の温度を正確に測定することがで
きない。そこで、リニアライザ４は、前記出力電圧（ｍ
ｓ）とサーミスタ３の温度との関係が線形になるように
前記出力電圧（Ｅｓ）を補正する。

このように構成されている、従来の温度測定方法におい
ては、直流電源１から所定の直流電流がダミー抵抗２を
介してサーミスタ３に供給されると、サーミスタ３の両
端間には、サーミスタ３の抵抗値に対応した出力電圧（
Ｅｓ）が現われる。前記出力電圧（Ｅｓ）は、リニアラ
イザ４に印加され、これによって、出力電圧（Ｅｓ）と
サーミスタ３の温度との関係が線形に補正される。従っ
て、前記出力電圧（ｇｓ）からサーミスタ２が取り付け
られた被測定物の温度が測定される。

しかし、上述した。従来の温度測定方法には、へ　　次
の問題がある。

（１）サーミスタの温度とサーミスタからの出力電圧と
の関係を線形に補正するために、リニアライザを用いる
必要があるので、回路構成が複雑となる。

（２）サーミスタに直流電源からの電流が流れると、自
己発熱作用によってサーミスタの温度が上昇して温度の
測定精度が低下する。前記自己発熱作用によるサーミス
タの温度上昇を小さくするだめに、サーミスタに供給す
るｔｍの値を小さくすると温度の測定感度が低下してＳ
／Ｎ比が悪くなる。

（３）　　リニアライザとして、入力信号と出力信号と
が対数関係にりる対数増幅器を使用すると、一般に対数
増幅器は、入力信号と出力信号との関係を非線形にする
ためにトランジスタやダイ万一ド等の非線形特性を利用
しているので、対数増幅器の前記出力信号特性が対数増
幅器の温度変化によって変化すると、温度の測定精度が
低下する。

そこで、本願発明者等は、上述した問題点を解決するだ
めの方法として、以下に説明する、サーミスタを使用し
た温度測定方法（以下、先行技術という）を提案した。

以下に先行技術を図面を参照しながら説明する。

第４図は、先行技術のブロック図である。第４図に示さ
れるように、直流電源５は、後述する差動増幅器に基準
電圧（ＥＩＮ）を印加する。なお、直火電源５の代りに
交流電源を使用しても良い。そして、差動増幅器６は、
負帰還回路および正帰還回路を有する。負帰還回路は、
差動増幅器６の（−）側の入力端子と差動増幅器６の出
力端子との間に接続された負帰還用抵抗７と、差動増幅
器６の（−）側の入力端子と直流電源５との間に接続さ
れた負帰還用抵抗日とからなる。そして、正帰還回路は
、差動増幅器６の出力端子と差動増幅器６の（＋）側の
入力端子との間に直列に接続したサーミスタ９および正
帰還用抵抗１０と、差動増幅器６の（＋）側の入力端子
と大地との間に接続された正帰還用抵抗１１とからなる
。

このように構成されている。先行技術においては、直流
電源５から基準電圧（ＫＩＮ）を差動増幅器６に印加す
ると、差動増幅器６の出力電圧（Ｅｏ）は、下記（１）
　、　（２）および（３）式から、下記（４）式のよう
に表示される。

（ＥＩＮ−Ｅｔ、　）　　　（Ｉｌｉｒ、　−Ｅｏ　）
−□−□　　　　　・・・（１） Ｒ，Ｒ。

。、２：。、１　　　　　　　　　　　・・・（３）但
し、上記（１）　、　（２）　、　（３）および（４）
式において。

Ｅ工ｓ：；Ｊ！竿亀圧、 Ｅｏ：正および負帰還後における差動増幅器６の出力電
圧、 Ｅｆ、：Ｃ−）側の入力端子の電圧。

Ｅｆ　　二（＋）側の入力端子の′電圧、Ｂ１：負帰還
用抵抗７の抵抗値、 Ｂ２：負帰還用抵抗８の抵抗値、 Ｒ８：正帰還回路に接続されたサーミスタ９の抵抗値、 Ｒ３：　　正帰還用抵抗１０の抵抗値、Ｒ４：　　正帰
還用抵抗１１の抵抗値、Ｎ　：　正帰還がない場合の差
動増幅器６の増幅度（”ｌ／”２）、 β　：　差動増幅器６の正帰還率 （Ｂ４／　（Ｒ８＋Ｒ３＋Ｒ，））。

上記（４）式から明らかなように、増１喝度（ＮＪおよ
び正帰還率（β）をそれぞれ所定の大きさに設定すると
、差動増幅器６の出力゛電圧（ＥＱ　＞は、サーミスタ
９の抵抗値（Ｒｓ）に対応して変化する。

そこで、サーミスタ９の温度を所定の温度に維持し、上
記増幅度（Ｎ）または正帰還率（β）の少なくとも１つ
を、差動増幅器６の出力電圧（ｇｏ）が増大するように
調餐する。これによって、差動増幅器６の出力電圧（Ｅ
Ｏ）と正帰還率（β）とは、第５図に示されるように、
正帰還率（β）の増加に伴ってへ　出力電圧（Ｅｏ　）
　　が非線形状に増大する関係となる。

前記出力電圧（Ｅｏ）と前記正帰還率（β）との前述し
た関係によって、出力電圧（Ｅｏ）とサーミスタ９の温
度との関係が線形に補正される。

これについて更に説明すると、サーミスタ９の抵抗値（
Ｒｓ）　　とサーミスタ９の温度とは、第６図に示した
ような対数関係にある。即ち、サーミスタ９の温度変化
に対するサーミスタ９の抵抗値の変化率は、サーミスタ
９の温度が高くなる程、小さくなり、一方、サーミスタ
９の温度が低くなる程、大きくなる。しかし、差動増幅
器６の出力電圧（ｇｏ　）と正帰還率（β）との関係を
第５図に示される関係、即ち、正帰還率（β）の増大に
伴って前記出力電圧（Ｅｏ）が対数的に増大する関係に
すれば、前記出力電圧（ｇｏ）　　とサーミスタ９の温
度との関係を第７図に示されるように線形に補正するこ
とができる。

差動増幅器６の出力電圧（ｇｏ　）　　とサーミスタ９
の温度との関係が線形に補正されるように、正帰還率（
β）および増幅度（Ｎ）を調整するには、サーミスタ９
を所定の温度に維持し、正帰還率（β）を所定値に設定
する。そして、差動増幅器６の出力電圧（ｇｏ）が、予
め演算した、サーミスタ９が前記所定の温度のときの差
動増幅器６の出力電圧（ｇｏ）に等しくなるように、増
幅＆　（Ｎ）を調整する。

以上説明したように、上述した先行技術によれば、以下
の効果がもたらされる。

（１）　　従来のように、サーミスタの温度とサーミス
タからの出力電圧との関係を線形に補正するためのりニ
アライザを使用しないので１回路構成が簡素化される。

（２）温度の測定感度が非常に高いので、サーミスタに
流す電ｍｋ微小に設定することができる。

このために、自己発熱によるサーミスタの温度上昇が無
視できるので、温度の測定精度が大幅に向上する。

（３）差動増幅器の出力電圧を縁形素子（抵抗）のみで
線形化しているので、従来の方法のようにトランジスタ
やダイオード等の非線形素子からなるリニアライザによ
って前記出力電圧を線形化する場合に比べて、温度の測
定精度が向上する。

しかし、上述した先行技術には、以下の問題がめる。即
ち、サーミスタ９の温度が爾くなってサーミスタ９の抵
抗値（Ｒｓ）　　が小さくなると、第７図中点線で示さ
れるように、差動増幅器６の出力電圧（ｇｏ　）　　と
サーミスタ９の温度との関係が非線形となって温度測定
誤差が大きくなる。

〔発明の目的〕

従って、この発明の目的は、高温度域においても正確に
温度を測定することができる、サーミスタを使用した温
度測定方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、負帰還回路および正帰還回路を有する差動
増幅器の前記正帰還回路にサーミスタを接続し、前記サ
ーミスタと前記差動増幅器の出力端子との間に分圧器お
よびインピーダンス変換器を設け、前記差動増幅器に基
準電圧を印加し、前記差動増幅器の出力電圧を前記分圧
器によって分圧し、このようくして分圧した前記出力電
圧を前記インピーダンス変換器に印加して前記差動増幅
器と前記サーミスタとの間の抵抗を無視できる程度に小
さくし、前記サーミスタの温度変化によって変化する前
記出力電圧から、前記サーミスタが取り付けられた被測
定物の温度を側足することに層像を有する。

〔発明の構成〕

この発明の一実施態様を図面を参照しながら説明する。

ｇ１図は、この発明の一実施態様のブロック図である。

第１図に示されるように、直流電源１２は、後述する差
動増幅器に基準電圧（ＥＩＮ）を印加する。なお、直流
電源１２の代りに交流電源を使用しても良い。そして、
差動増幅器１３は、負帰還回路および正帰還回路を有す
る。前記負帰還回路は、差動増’＠　’２ｒ　ｌ　３の
（−）側の入力端子と差動増幅器１３の出力端子との間
に接続された負帰還用抵抗１４と、差動増幅器１３の（
−）側の入力端子と直流電源１２との間に接続された負
帰還用抵抗１５とからなる。そして、前記正帰還回路は
、差動増幅器１３の出力端子と差動増幅器１３の（＋）
側の人、　　力端子との間に接続された、分圧器１６、
インピーダンス変換器１７およびサーミスタ１８と、差
向増幅器１３の（＋）側の入力端子と大地との間に接続
された正帰還用抵抗１９とからなる。

上記分圧器１６は、差動増幅器１３の出力電圧（Ｅｏ）
　　を分圧するものであって、その中間の出力端子は、
インピーダンス変換器１７の（＋）側の入力端子に接続
されている。

上記インピーダンス変換器１７は、出力端子と（−）側
の入力端子とを短絡した差動増幅器からなり、差動増幅
器１３の出力端子とサーミスタ１８との間の抵抗を無視
できる程反に小さくするものであって、その出力端子は
、サーミスタ１８に接続されている。

このように構成されている、この発明の一実施態様にお
いては、直流電源１２から基準電圧（ＥＩＮ）を差動増
幅器１３に印加すると、差動増幅器１３の出力電圧（Ｅ
ｏ）は、下記（５）　、　（６）および（７）式から、
下記（８）式のように表示される。

Ｒ２Ｈ。

Ｅｆ、　　キ　Ｅｆ、　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（））但し、上
記（５）、　（６）　、　＜７）および（８）式におい
て。

ＥｘＮ：基準電圧、 Ｅｏ：正および負帰還後における差動増幅器１３の出力
電圧、 Ｒ４，：差動増幅器１３の（−ン側の入力端子の電圧、 Ｅｆ２：差動増幅器１３の（＋）側の入力端子の電圧、 Ｂ、：負帰還用抵抗１４の抵抗値、 Ｒｏ：負帰還用抵抗１５の抵抗値、 Ｒ７：分圧器１６における、差動増幅器１３の出力端子
とインピーダンス変換器 １７の入力端子との間の分圧抵抗値、 Ｒ８：　　分圧器１６における、インピーダンス変換器
１７の入力端子と大地との 間の分圧抵抗値、 Ｒ８：　　正帰還回路に接続されたサーミスタ１８の抵
抗値、 Ｒ９：　　正帰還用抵抗１９の抵抗値、Ｎ　：　正帰還
がない場合の差動増幅器１３の増幅度（Ｒ５／Ｒ６）、 β：　差動増幅器１３の正帰還率 （Ｂｏ／　（Ｒｓ”Ｒｏ　）　）、 Ｋ：　差動増幅器１３の出力電圧（ＥＯ）の分圧率（Ｒ
８／（Ｒ？、　＋　Ｒ８）　）。

差動増幅器１３の出力電圧（ＥＯ）は、分圧器１６によ
って分圧される。このようにして分圧された前記出力電
圧（Ｅ’ｏ＞は、インピーダンス変換器１７を介してサ
ーミスタ１８に印加される。このようにして、サーミス
タ１８には、前記出力電圧（Ｅ、；）が印加されるが、
サーミスタ１Ｂと差動増幅器１３の出力端子との間の抵
抗は、インピーダンス変換器１７の作用によって無視で
きる程度に小さくなる。

上記（８）式から明らかなように、上記増幅度（Ｎ）、
正帰還率（β）および分圧率（Ｋ）を所定値に設定する
と、差動増幅器１３の出力電圧（ＥＯ）は、サーミスタ
１８の抵抗値（Ｒｓ）　　に対応して変化する。

そこで、サーミスタ１８の温度を所定の温度に維持し、
増幅度（Ｎ）、正帰還率（β）および分圧率（Ｎ）の少
なくとも１つを、差動増幅器１３の出力電圧（ＥＯ）　
　が増大するように調整する。これによって、差動増幅
器１３の出力域圧（ＥＯ）と正帰還率（β）とは、渠５
図に示したように、正帰還率（β）の増加に伴って出力
電圧（ＥＯ）が非線形状に増大する関係となる。これに
よって、前述した先行技術におけると同様に、差動増幅
器１３の出力電圧（ＥＯ）とサーミスタ１８の温度との
関係が、線形に補正される。

へ　　但し、この発明においては、上述したように、サ
ーミスタ１８と差動増幅器１３の出力端子との間の゛抵
抗は、無視できる程度に小さいので、サーミスタ１８の
温度が高くなりサーミスタ１８の抵抗値（Ｒｓ）　　が
小さくなっても、差動増幅器１３の出力電圧（ＥＯ）　
　とサーミスタ１８の温度との関係は、線形になって、
温度測定が正確に行なえる。

第２図に、上述した、この発明の一実施態様において、
直流電源１２からの電圧（ＥＩＮ）を−１ｖ、増幅度（
Ｎ）’ｌ？Ｒｓ／Ｒｅ　　を５に設定し、分圧率（Ｋ）
を橿：々変えたときの、サーミスタ１８が取り付けられ
た被測定物の温度と、差動増幅器１３の出力電圧（Ｅｏ
　）との関係金、計算結果と合わせて示す。第２図から
明らかなように、分圧率（Ｋ）の値を変えることによっ
て出力電圧（Ｅｏ）と被測定物の温度との関係を任意に
調整することができ、しかも、実測値は計算値とほぼ一
致している。

差動増幅器１３の出力電圧（Ｅｏ）とサーミスタ１８の
温度との関係が、線形に補正されるように、分圧率（Ｋ
）、正帰還率（β）および増幅度（Ｎ）を調整するには
、例えば、サーミスタ１８を所定の温度に維持し、分圧
率（Ｋ）および正帰還率（β）を所定値に設定する。そ
して、差動増幅器１３の出力電圧（ＥＯ）が、予め演算
した、サーミスタ１８が前記所定の温度のときの差動増
幅器１３の出力電圧（Ｅｏ）に等しくなるように、増幅
度（Ｎ）を調整する。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、高温度域に分
いても正確に温度測定が行なえるという有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様のブロック図。 第２１′Ａは、この発明の一実施態様によって被測定物
の温度を測定した場合の、差動増幅器の出力電圧（ＥＯ
）と被測定物の温度との関係を示すグラフ、第３図は、
従来の温度測定方法のブロック図、第４図は、先行技術
の温度測定方法のブロック図。 第５図は、先行技術における差動増幅器の出力電圧（Ｅ
Ｏ）と正帰還率（β）との関係を示すグラフ、第６図は
、先行技術におけるサーミスタの抵抗値（Ｒｓ）　　と
サーミスタの温度との関係を示すグラフ。 および、第７図は、先行技術における差動増幅器の出力
電圧（Ｅｏ）とサーミスタの温度との関係を示すグラフ
である。図面において、 １・・・直流電源　　　　　２・・・ダミー抵抗３・・
・サーミスタ　　　　　４・・パリニアライザ５・・・
直流電源　　　　　６・・・差動増幅器７．８・・・負
帰還用抵抗　　　９・・・サーミスタ１０．１１・・・
正帰還用抵抗　　１２・・・直流電源１３・・・差動増
幅器　　　１４．１５・・・負帰還用抵抗１６・・・分
圧器　　　　　　１７・・・インピーダンス変１８・・
・サーミスタ　　　　　　換器１９・・・正帰還用抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 負帰還回路および正帰還回路を有する差動増幅器の前記
   正帰還回路にサーミスタを接続し、前記正帰還回路にお
   いて、前記サーミスタと前記差動増幅器の出力端子との
   間に分圧器およびインピーダンス変換器を設け、前記差
   動増幅器に基準電圧を印加し、前記差動増幅器の出力電
   圧を前記分圧器によつて分圧し、このようにして分圧し
   た前記出力電圧を前記インピーダンス変換器に印加して
   前記差動増幅器と前記サーミスタとの間の抵抗を無視で
   きる程度に小さくし、そして、前記サーミスタの温度変
   化によつて変化する前記出力電圧から、前記サーミスタ
   が取り付けられた被測定物の温度を測定することを特徴
   とする、サーミスタを使用した温度測定方法。