JPS61194324A - 温度一周期変換器 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は測定温度の大小を、極めて短時間で正確に出力
信号の周期の長短に変換して出力することができる温度
−周期変換器に関する。

〔従来の技術〕

近年、工業用の温度測定制御において、測定温度の信頼
度、精度が重要視されるようになってきたので、温度検
出器として測温抵抗体（ＪＩＳ−Ｃ１６０４の白金測温
抵抗体）を使用するものが多くなってきている。

また、温度制御、温度監視、温度管理、品質−管理等の
要求が高度になってきたり、或いは価格の低減のために
、アナログ式でなくデジタル式の温度検出信号にして、
そのまま直接マイクロコンピュータ制御回路の入力とし
て使用し、制御管理をしたいという希望が多くなってき
ているが、現在、適当な該当装置がない状態である。

即ち、従来は第３図に示すように、温度検出用の白金抵
抗体ｐｔを使用し、その温度による抵抗値の変化に比例
した電圧を発生する電圧発生器１と、その出力を周波数
に変換する電圧−周波数変換器２と、電圧−周波数変換
器２からの周波数を計数する周波数カウンタ３と、周波
数カウンタ３の周波数を温度に変換する周波数一温度変
換器４と、制御回路５とからなる温度検出器システムＳ
が使用されていた。

ところが、この温度検出システムＳでは白金抵抗体ｐｔ
による周波数はおよそ絶対温度に比例して変化しており
、周波数から温度の数値を出すには周波数カウンタ３に
より周波数を計数することによって行っているので、前
記周波数カウンタ３により、例えばｌＸｌ０−’の周波
数測定精度を持つ出力（約０．０５℃の精度）を得るた
めには、電圧−周波数変換器２からの出力周波数が１０
ＫＨｚであれば１秒のカウント時間を必要とする。それ
故、制御周期は少なくとも１秒必要であるので、急速な
応答制御を必要とする用途には使用できないという欠点
があった。

また、多点を一台の装置で制御する場合には、例えば、
３０点でも少なくとも３０秒周期の測定制御になるので
、よほど時定数の大きなゆっくりした温度制御でも良い
用途でもなければ使用できない欠点があった。

そして、白金抵抗体ｐｔはＪＩＳ−Ｃ１６０４に示され
る通り、絶対温度にほぼ比例した抵抗値を示すが、完全
に直線的ではなく曲がっているので、電圧−周波数変換
器２の発振周波数も温度に対して曲がっているのが現状
である。それ故、前述の制御回路５でこれを完全に温度
に対して直線化するような何等かの処理（式による演算
、表による補正量の加減等の処理）が必要であり、それ
だけ装置が複雑化して制御時間がかかると共にコストも
高いという問題があった。

更に、周波数を温度に換算したものは、そのままではほ
ぼ絶対温度で表されるので、これから摂氏温度に換算す
る必要もある。そしてこの際の制御精度を悪くしないた
めには、測温の数字の桁数が大きくなるので、その摂氏
温度に換算する演算も手間と時間がかかる欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記従来の温度検出システムの有する
欠点を解消し、電源電圧の変動にも殆ど影響を受けず、
周囲温度の変化に対する安定度が非常に良く、長期にわ
たるドリフトが非常に少ないと共に、単点の測温は勿論
、多点の測温においても温度測定処理を高速で行うこと
ができ、測温時間が非常に短い優れた温度測定装置用の
温度−周期変換器を提供することである。

〔発明の構成〕

前記目的を達成する本発明の温度−周期変換器は、測温
抵抗体と目盛調整用抵抗器との合成抵抗値に逆比例した
電圧を発生する逆比電圧発生器と、この逆比電圧発生器
の電圧を積分する積分器と、積分出力電圧と設定電圧と
を比較する比較器と、比較器の出力が出た時に所定幅の
準絶対温度に比例した周期パルスを発生し、その出力端
子が前記積分器のリセット端子に接続されたパルス発生
器とを備え、更に、温度−周期の非直線性補正手段を有
することを特徴としている。

〔実施例〕

以下、添付図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の温度−周期変換器１０の一実施例の構
成を示す概略図である。

図において１１は逆比電圧発生器であって、逆比電圧出
力用抵抗器Ｒ１と、目盛調整用抵抗器Ｒ０と、温度検出
用の測温抵抗体Ｒ２の３つの抵抗を直列にしたものをそ
の負荷としている。

そして、この逆比電圧発生器１１は、目盛調整用抵抗器
Ｒ０と測温抵抗体Ｒ２との合計抵抗の両端の電圧が出力
電圧調整器１３で決められた一定値となるように、逆比
電圧出力用抵抗器Ｒ１目盛調整用抵抗器Ｒ０測温抵抗体
Ｒ２の３つの抵抗を直列にした回路に電流を流すことに
よって、目盛調整用抵抗器Ｒ０と測温抵抗体Ｒ２との合
計の抵抗値に逆比例した電圧を、逆比電圧出力用抵抗器
Ｒ１の両端に発生させて出力させている。

１５は逆比電圧出力用抵抗器Ｒ８の電圧を増幅する増幅
器１５であって、これに接続する増幅器零点調整器１４
によって零点を調整できるようになっている。この増幅
器１５の出力は積分器１６に入力されるようになってお
り、ここで積分される。前記積分器１６は、後述するパ
ルス発生器１９からの出力パルスがそのリセット端子Ｒ
ｓに入力されると、今まで行っていた積分をリセットし
、その時点より新たに積分を開始するというように、積
分とリセットの状態を繰り返すものである。

１７は電圧比較器であり、これに接続する前記積分器１
６と積分限界電圧発生器１８の出力電圧とを比較するも
のであって、積分器１６の出力電圧が積分限界電圧発生
器１８に設定した出力電圧より大きくなった瞬間に同じ
くこれに接続するパルス発生器１９に信号を出力するよ
うになっている。

パルス発生器１９は電圧比較器１７の出力が入力された
瞬間に一定の狭い幅の後述する準絶対温度に比例した周
期のパルスを発生し、これを積分器１６のりセント端子
Ｒｓに入力し、同時に出力端子１２にそのパルスを出力
する。

このようにして積分と積分器１６がリセット動作とを繰
り返すことにより、パルス発生器１９は出力端子１２に
幅の狭い繰り返しパルスを送出する。

前記積分器１６の積分時間は積分の入力電圧、即ち目盛
調整用抵抗器Ｒ０と測温抵抗体Ｒ２との合計の抵抗値に
逆比例した逆比電圧出力用抵抗器Ｒ１の両端に発生する
電圧を増幅した電圧、を積分したものであるので、目盛
調整用抵抗器Ｒ０と測温抵抗体Ｒ２との合計の抵抗値に
比例した時間になる。（即ち、温度が高くなって測温抵
抗体Ｒｚの値が大きくなった時には、積分器１６の積分
時間は長くなり、温度が低くなって測温抵抗体Ｒ２の値
が小さくなった時には、積分時間が短くなるのである。

） また、測温抵抗体Ｒ２はＪＩＳ−Ｃ１６０４に適合した
１００Ωのものを使用するので、温度と抵抗の関係をグ
ラフに示すと、第２図の曲線ａのようになる。この曲線
ａは、−２５１，５７℃でＯΩの点Ａと０℃で１００Ω
の点Ｂとを結ぶ直＆ｊｌｂと、０℃の点Ｂで接しており
、その接した上側が凸の曲線となり、温度が高くなった
時の直線すと曲線ａとの隔たりは、０℃からの温度の自
乗に比例した僅かの曲がりを持っていることは公知であ
る。

説明の都合上、仮に回路の目盛調整用抵抗器Ｒ０をＯΩ
として積分器１６の零点の狂いがない場合を考えると、
積分器１６の積分時間は曲線ａで示された周期となる。

次に、第１図の増幅器１５の零点調整器１４を動かすと
、動かす方向によってその曲がりを大きくしたり、小さ
く加減することができる。

曲がりを少な（する方向に零点調整器１４を動かした時
には、曲線は全体的に上に移動し、０℃の所では移動量
が少なく　、３８４℃の所では移動量が大きいことは明
らかである。

また、この調整によれば、自乗特性の少しの曲がりを持
った曲線をほぼ正確に直線化する補正ができることが明
らかである。そして、正確に直線に補正された時は、直
線Ｃになる。

この直線Ｃに平行して、−２５６℃でＯΩの点Ｃから直
線を引くと、直ｖＡｃの上方に描かれた直線ｄになる。

直線ｄより直線Ｃが下がっている差分は、０〜３８４℃
の範囲でほぼ正確に一定値のＷである。

発振の周期は、積分時間とリセットパルス幅に相当する
時間とを合計した時間なので、第２図の直線Ｃに、パル
ス幅の一定時間を加えれば周期になる。前記差分Ｗがパ
ルス幅に等しければ周期が直線ｄに一敗するが、一般的
にはパルス幅の方が差分Ｗより小さいため一致しない。

そこで、合名の説明で目盛調整用抵抗器Ｒ０をＯΩにし
てあったが、０でなく次第に抵抗を大きくしていくと、
その分だけ直線Ｃが上に平行移動するので、目盛調整用
抵抗器Ｒ６の値を適当に選ぶことによって発振周期を直
線ｄに一致させることができる。

このようにして、発振周期が一２５６℃を０点とした準
絶対温度で表した測温抵抗体Ｒ２の温度に正確に正比例
した発振器を作ることができる。なお、上記準絶対温度
とは、デジタル温度表示を簡易化する方法として一２５
６℃を０度とし、０℃を２５６度とし、１℃を１度とす
る新しい温度目盛標準を採用し、これを準絶対温度とし
たものである。

以上第１図の回路例によって説明したが、電圧出力調整
器１３は使用せずに、逆比電圧出力用抵抗器Ｒ１の抵抗
を調整する抵抗値調整器をこれに代えて使用しても同じ
結果が得られる。また、積分限界電圧発生器１８の発生
電圧の設定値を変更しても同じ結果が得られる。

更に、零点調整器１４の代わりに積分器１６に入力電圧
の零点調整器、その他同等の結果が得られる調整器を使
用しても良い。そして、目盛調整用抵抗器Ｒ０の代わり
にパルス発生器１９にパルス幅調整器、その他同等の結
果が得られる調整器を使用しても良い。なお、増幅器１
５は省略することも可能である。

以上のように構成された本発明の温度−周期変換器では
、測定温度が低い時には周期の小さいパルスが出力端子
１２に出力され、測定温度が高い時には周期の大きいパ
ルスが出力端子１２に出力される。即ち、出力端子１２
に表れる発振出力の周期は、そのまま−２５６℃を零点
とした準絶対温度にほぼ正確に正比例している。したが
って、出力端子１２に表れる発振出力の周期を測定し、
その値より２５６℃分だけ引くだけのごく簡単な処理に
より、測定温度を摂氏温度で正確に表すことができる。

このように、本発明の温度−周期変換器では測定温度を
摂氏温度に正比例した数値に変換して出力できるので、
この出力はマイクロコンピュータその他のコンピュータ
を使用したデジタル処理に有効に使用することができる
。

また、本発明の温度−周期変換器では、０〜３８４℃の
ような広い範囲において、出力の温度／周期の直線性が
良好であるので、この装置の他に直線化の新たな装置を
必要とせず、処理が簡単で処理速度が速く、しかも安価
である。

そして、マイクロコンピュータのデジタル入力として特
別なインタフェースなしに温度を表す周期パルスを直接
インプットして使用できるので、デジタル処理の簡易化
ができる。

更に、出力がパルスであるので、そのままデジタル信号
として使用できるので、多点の場合でも信号切換器の使
用上色々な注意を必要とするアナログスイッチの必要が
なく、デジタル信号の一般的なゲートによって信号を選
択切換することができるので、測温時間を極めて短くす
ることができる。そして、マイクロコンピュータの回路
構成上も、また、価格の上でも非常に有利である。

また、信号をアナログからデジタルに変換するには処理
が面倒なばかりでなく、処理時間も必要なので、本発明
の装置のように測温処理時間が極めて短い装置は、特に
多点の測温を一台の装置で行うような場合には、非常に
有利である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の温度−周期変換器は、測温
抵抗体Ｒ−と目盛調整用抵抗器Ｒ０との合成抵抗値に逆
比例した電圧を発生する逆比電圧発生器１１と、この逆
比電圧発生器１１の電圧を積分する積分器１６と、積分
出力電圧と設定電圧とを比較する比較器１７と、比較器
１７の出力が出た時に所定幅の準絶対温度に比例した周
期パルスを発生し、その出力端子１２が前記積分器１６
のリセット端子Ｒｓに接続されたパルス発生器１９とを
備え、更に、温度−周期の非直線性補正手段を有してい
ることにより、出力端子１２に表れる発振出力の周期が
そのまま一２５６℃を零点とした準絶対温度にほぼ正確
に正比例するので、出力端子１２に表れる発振出力の周
期を測定し、その値より２５６℃分だけ引くだけのごく
簡単な処理により、測定温度を摂氏温度で正確に、−シ
かも極めて短時間で表すことができ、短時間での温度測
定、制御、管理等の目的の装置に有効に使用できるとい
う効果がある。

しかも、本発明の温度−周期変換器は、電源電圧の変動
にも殆ど影響を受けず、周囲温度の変化に対する安定度
が非常に良く、長期にわたるドリフトが非常に少ないと
共に、単点の測温は勿論、多点の測温においても温度測
定処理を高速、高精度で行えるので、制御装置の簡易化
、高速化が図れるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度−周期変換器の構成を示す概略図
、第２図は本発明の温度−周期変換器の出力特性を示す
線図、第３図は従来の温度検出器システムの構成を示す
ブロック図である。 １・・・電圧発生器、２・・・電圧−周波数変換器、３
・・・周波数カウンタ、４・・・周波数一温度変換器、
５・・・制御回路、１０・・・本発明の温度−周期変換
器、１１・・・逆電圧発生器、１２・・・出力端子、１
３・・・電圧出力調整器、１４・・・零点調整器、１５
・・・増幅器、１６・・・積分器、１７・・・電圧比較
器、１８・・・積分限界電圧発生器、１９・・・パルス
発生器。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　測温抵抗体と目盛調整用抵抗器との合成抵抗値に逆
   比例した電圧を発生する逆比電圧発生器と、この逆比電
   圧発生器の電圧を積分する積分器と、積分出力電圧と設
   定電圧とを比較する比較器と、比較器の出力が出た時に
   所定幅の準絶対温度に比例した周期パルスを発生し、そ
   の出力端子が前記積分器のリセット端子に接続されたパ
   ルス発生器とを備え、更に、温度−周期の非直線性補正
   手段を有する温度−周期変換器。 ２　準絶対温度が−２５６℃を０度、０℃を２５６度と
   した温度単位である特許請求の範囲第１項記載の温度−
   周期変換器。