JPS61206011A - 温度制御装置 - 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】 Ｅ発明の技術分野“コ この発明は設定温度近傍に雰囲気温度が達したときヒー
タを比例制御して温度制御を行なう温度制御装置に関す
る。

［発明の技術的背ＩＮ 従来、温度制御装置としては例えば第８図に示すものが
知られている。これは交流電源１に濃度ヒユーズ２及び
後述するリレーの常ｎ接点３を直列に介してヒータ４を
接続するとともに、整流用ダイオード５を介して平滑コ
ンデンサ６を接続している。前記平滑コンデンサ６に抵
抗７を介して定電圧ダイオード８を並列に接続し、その
定電圧ダイオード８にＮＰＮ形トランジスタ９を介して
前記常開接点３を駆動するリレー１０を並列に接続する
とともに、抵抗１１と温度設定器である可変抵抗器１２
との直列回路並びに抵抗１３と温度検出素子である負特
性サーミスタ１４との直列回路を並列に接続している。

前記抵抗１１と可変抵抗器１２との接続点を比較器１５
の反転入力端子（−）に１続するとともに、前記抵抗１
３とサーミスタ１４との接続点を前記比較器１５の非反
転入力端子（＋）に接続し、その比較器１５の出力端子
を前記トランジスタ９のベースに接続するとともに前記
定電圧ダイオード８のカソードに接続している。なお、
前記リレー１０にはサージ吸収用のダイオード１７が並
列に接続されている。

この従来装置においては雰囲気の温度が可変抵抗器１２
で設定された温度に達しない内は比較器１５の非反転入
力端子（＋）に入力される電圧が反転入力端子（−）に
入力される電圧よりも大きくなっており、その比較器１
５の出力がハイレベルとなってトランジスタ９がオン動
作されている。

しかして、リレー１０の常開接点３が閉成されておりヒ
ータ４がオン動作状態にあり、雰囲気温度が上がる。そ
して雰囲気温度が設定温度に達すると比較器１５の出力
が反転してトランジスタ９がオフ動作し、リレー１０の
常開接点３が開放してヒータ４がオフ動作される。

［背景技術の問題点］ このように従来装置はヒータ４を単にオン、オフ制御し
て雰囲気温度を設定温度に制御するものであったため、
例えば加熱される負荷の容量が小さい場合には第９図の
ａに示すように濃度の立上がり時におけるオーバーシュ
ートの量が大きくなり、また負荷の容量が大きい場合に
は第１０図のａ′に示すように温度の立上がり時におけ
るオーバーシュートの置が小さくなり、負荷によってオ
ーバーシュートの最が興なる問題があった。しかも軽負
荷時にはオーバーシュートの量が異常に大きくなるため
場合によっては温度ヒユーズ２が溶断される問題があっ
た。また、このオン、オフ制御では特に軽負荷時におい
て第９図のｂに示すように設定温度に対する変動が大き
くなる問題がありた。

このため設定濃度の近傍に達したときヒータを一定の周
期で一定時間オン動作させる、いわゆる比例制御を行な
い、オーバシュートの量や変動量を小さくすることが考
えられる。しかし、単にこのようにしても今度は負荷が
大きい場合に設定濃度までの立上がりが遅くなる問題が
生じ、場合によっては設定温度まで雰囲気温度が達しな
くなる問題が発生する。

［発明の目的］ この発明はこのような問題を解決するために為されたも
ので、負荷の容量に関係なくオーバーシュートを小さく
でき、また設定温度に対する雰囲気温度の変動を小さく
でき、しかも温度の立上がりを負荷の容量に関係なく良
好にできる温度制御装置を提供することを目的とする。

［発明の概要］ この発明は、雰囲気温度を検出する温度検出素子と、雰
囲気温度を設定する温度設定器と、温度検出素子の検出
温度が、温度設定器の設定濃度を基準に士の幅で予め設
定される比例制御範囲の１／２の範囲に入っているか否
かを判断する制御範囲判断手段と、この手段により比例
制御範囲の１／２の範囲以外にあると判断されたとき温
度検出素子の検出温度と温度設定器の設定温度との大小
によってヒータをオン、オフ制御する手段と、この手段
によりヒータのオン、オフ制御が行われている状態で時
間に対する温度の変化率を求める手段と、この手段によ
り求められた温度の変化率から加熱される負荷の容量を
判断して比例制御の範囲を設定する制御範囲設定手段と
、制御範囲判断手段によって制御範囲設定手段で設定さ
れた比例制御範囲の１／２の範囲に検出温度が入ってい
ると判断されたときヒータを所定の周期で一定時間オン
動作制御する手段とを設け、負荷の容量が大きいとき比
例制御範囲を小さくし、かつ負荷の容量が小さいとき比
例１１ＪＩＩＩの範囲を大きくするようにしたものであ
る。

［発明の実施例］ 以下、この発明の実施例を図面の簡単な説明する。

交流電源２１に温度ヒユーズ２２及び後述するリレーの
常開接点２３を介してヒータ２４を接続している。また
、前記交流電源２１に整流用ダイオード２５を介して平
滑コンデンサ２６を接続し、その平滑コンデンサ２６に
抵抗２７を介して定電圧ダイオード２８を並列に接続し
ている。そして前記定電圧ダイオード２８のカソード端
子にＶｃ雷電圧出力端子を接続している。

前記Ｖｃ雷電圧出力端子と接地間に抵抗２９と温度設定
器である可変抵抗器３０との直列回路並びに抵抗３１と
温度検出素子である負特性サーミスタ３２との直列回路
をそれぞれ接続している。

前記抵抗２９と可変抵抗器３０との接続点並びに前記抵
抗３１とサーミスタ３２との接続点をマイクロコンピュ
ータ３３の入力端子に接続している。

このマイクロコンピュータ３３の各入力端子にはＡ／Ｄ
　（アナログ／デジタル）変換器３３ａ１３３ｂが設け
られている。前記マイクロコンピュータ３３にはＩ１０
ボート３３Ｃが設けられ、そのＩ１０ボート３３ｃにイ
ンバータ３４の入力端子が接続されている。そして前記
インバータ３４の出力端子と前記Ｖｃ雷電圧出力端子と
の間に前記常開接点２３を駆動するリレー３５が接続さ
れている。なお、前記リレー３５にはサージ吸収用のダ
イオード３６が並列に接続されている。

前記マイクロコンピュータ３３にはプログラムデータを
格納したＲＯＭ（リード・オンリー・メモリ）、各種処
理用のデータを格納する各種メモリを設けたＲＡＭ　（
ランダム・アクセス・メモリ）、このＲＯＭやＲＡＭ及
び前記Ａ／Ｄ変換器３３ａ、３３ｂ％　Ｉ１０ボート３
３Ｇをプログラムデータに基づいて制御するＣＰＵ（中
央処理装置）などが収納されている。

前記ＲＯＭには第２図に示す温度変化に対して時間変化
Δｈに対する温度変化Δｔから第３図に示す比例制御範
囲Ｔを決める関数 Ｔ−α（Δｔ／Δｈ）のデータ、第４図に示す比例１１
１１１１１時におけるヒータ２４のオン周期Ｔｐのデー
タ、第５図に示す前記可変抵抗器３０による設定濃度Ｔ
ＶＲに対応してヒータ２４のオン時間Ｔｏｗを決める関
数下ＯＮ−β（ＶＶＲ）のデータなどが格納されている
。

前記ＲＡＭには第６図に示すように第１のレジスタ４１
、第２のレジスタ４２、第３のレジスタ４３、時間をカ
ウントする第１のカウンタ４４、同じく時間をカウント
する第２のカウンタ４５、演算メモリ４６などが設けら
れている。

前記マイクロコンピュータ３３のＣＰＵはＲＯＭのプロ
グラムデータに基づいて第７図に示す処理及び制御を行
なうようにしている。先ずＡ／Ｄ変換器３３ａを介して
設定濃度データＴＶＲを第１のレジスタ４１に取込む。

続いてＡ／Ｄ変換器３３ｂを介して雰囲気の検出濃度デ
ータＴＨ２を第２のレジスタ４２に取込む。そして演算
メモリ４６を使用して第１のレジスタ４１のデータＴＶ
Ｒと第２のレジスタ４２のデータＴＨ２との差の絶対値
が比例制御範囲Ｔの１／２よりも小さいか否かをチェッ
クする。ここで比較するのをＴ／２としたのは比例制御
範囲は設定温度に対して±Ｔ／２となっており、また温
度が設定温度に近ずく場合には低い方又は高い方のどち
らか一方であるためである。

その結果ＩＴＶＲ−ＴＨ２１≧Ｔ／２であれば第１のカ
ウンタ４４の内容ＣＴＲＩをクリアし、Ａ／Ｄ変換器３
３ｋ）を介して雰囲気の検出温度データＴＨＩを第３の
レジスタ４３に取込む。次に第２のカウンタ４５の内容
ＣＴＲ２がΔｈになったか否かをチェックする。モして
Δｈになっていなければ第１のレジスタ４１のデータＶ
ＶＲと第３のレジスタ４３のデータＴＨＩとを比較し、
Ｖｖ　Ｒ＞ＴＨｔであればＩ１０ポート３３Ｇにハイレ
ベル信号を出力してリレー３５を動作させ、またＶＶＲ
≦ＴＨＩであればＩ１０ボート３３Ｃにローレベル信号
を出力してリレー３５の動作を停止させる。また、第２
のカウンタ４５の内容ＣＴＲ２がΔｈに達していればＡ
／Ｄ変換器３３ｂを介して雰囲気の検出温度データＴＨ
２を第２のレジスタ４２に取込む。そして演算メモリ４
６を使用して第３のレジスタ４３のデータＴＨＩと第２
のレジスタ４２のデータＴＨ２との差の絶対値、すなわ
ちΔｔを求める。続いて時間変化Δｈと温度変化Δｔと
から比例制御範囲Ｔ＝α（Δｔ／Δｈ）を求める。続い
て第２のカウンタ４５の内容ＣＴＲ２をクリアする。こ
れらの処理を終了してから第１のレジスタ４１のデータ
ＶＶＲと第３のレジスタ４３のデータＴＨＩとを比較し
、Ｖｖ　Ｒ＞ＴＨｌであればＩ１０ボート３３ｃにハイ
レベル信号を出力してリレー３５を動作させ、またＶＶ
Ｒ≦ＴＨＩであればＩ１０ボート３３Ｃにローレベル信
号を出力してリレー３５の動作を停止させる。

また、前記において ｌ　ＴＶＲ−ＴＨ２１＜Ｔ／２であれば第２のカウンタ
４５の内容ＣＴＲ２をクリアし、続いてＴＯＮ−β（Ｖ
ＶＲ）の関数からヒータ２４のオン時間ＴＯＮを求める
。続いて第１のカウンタ４４が時間ＴＯＮをカウントし
たか否かをチェックし、カウントしていなければＩ１０
ボート３３Ｃにハイレベル信号を出力してリレー３５を
動作させ、またカウントしていればＩ１０ボート３３Ｃ
にローレベル信号を出力してリレー３５の動作を停止さ
せ、続いて第１のカウンタ４４が時間Ｔｐをカウントし
たか否かをチェックする。このチェックにおいて時間Ｔ
ｐをカウントしていなければ制御をそのままとし、また
カウントしていれば第１のカウンタ４４の内容ＣＴＲ１
をクリアする。

このような構成の本発明実施例では、設定温度ＴＶＲに
向かって雰囲気の検出温度が上昇している段階で時間変
化Δｈに対する温度変化Δｔを検出して負荷の容量状態
を把握する。そしてこの時間変化Δｈと温度変化Δｔと
から温度変化率Δｔ／Δｈに対する比例制御範囲Ｔを α（Δｔ／Δｈ）によって求める。また、この段階では
設定温度ＴＶＲと検出温度ＴＨ２との関係がＩＴＶＲ−
ＴＨ２１≧Ｔ／２で、しかもＴｖＲ＞ＴＨｌとなってい
るので、Ｉ１０ボート３３Ｃの出力がハイレベルでリレ
ー３５が動作される。しかして、そのリレー３５の常開
接点２３が閉成され、ヒータ２４がオン動作している。

この状態で雰囲気温度が上昇し、検出濃度ＴＨ２が設定
温度ＴＶＲの−Ｔ／２（なお、このときの゛比例制御範
囲Ｔは温度の上′昇中に求められたものである。）の範
囲に入ってくるとヒータ２４の制御を単なるオン制御か
ら比例制御に変える。このときの比例制御は設定温度Ｔ
ＶＲからそのヒータ２４のオン時間ＴＯＮがβ（ＴＶＲ
）で求められ、１周期の時間Ｔｐにおいて時間ＴＯＮだ
けヒータ２４がオン動作されるようになる。このように
ヒータ２４が比例制御されることによって雰囲気の温度
はそれまでの温度上昇に比べて滑らかに設定温度ＴＶＲ
に近ずくようになる。

このように事前に温度の変化率Δｔ／Δｈを求めてその
変化率からヒータ２４の比例制御範囲Ｔを求めているの
で、第３図のグラフからも分るように負荷容量が大きく
温度変化率が小さいときに−は比例制御範囲Ｔが小さく
なり、負荷容■が小さく温度変化率が大きいときには比
例制御範囲Ｔが大きくなる。従って、負荷の容量が大き
く温度上昇が遅い場合にはかなり設定温度ＴＶＨに接近
しなければヒータ２４は比例制御されないので、換言す
れば設定温度ＴＶＨのかなり近くまでヒータ２４はオン
動作され続けるので、比例制御範囲が固定されているも
のに比べて雰囲気濃度が設定温度ＴＶＲにより早く達す
ることができ、また雰囲気温度が設定温度ＴＶＨに達し
ないという虞れもない。しかも、比例制御におけるヒー
タ２４のオン時間ＴＯＮを第５図に示すように設定温度
ＴＶＲが高い程長くしているので、負荷の容量が大きい
場合における設定温度への到達をさらに早くできる。ま
た、負荷の容量が大きい場合には雰囲気温度の立上がり
が比較的緩いので比例制御範囲Ｔが小さくてもオーバー
シュートがそれ程問題にはならない。

また、負荷の容量が小さく温度上昇が早い場合には雰囲
気温度が設定温度ＴＶＲのかなり手前に達した時点にお
いてヒータ２４は比例制御されるようになるので、温度
の立上がりがスタート時に比べてかなり緩やかになる。

このように負荷の容量が小さい場合にはヒータ２４の比
例制御範囲Ｔが大きく広げられ、温度の立上がりがかな
り緩められるので、設定濃度ＴＶＲに達した後のオーバ
ーシュートの量をかなり小さくできる。

しかも、−回設定温度ＴＶＲに達した後はヒータ２４が
比例制御されるので、ヒータをオン、オフ制御するもの
に比べて設定温度ＴＶＲに対する変動を充分に小さくで
きる。

なお、前記実施例ではヒータへの通電制御をリレーで行
−なうものについて述べたが必ずしもこれに限定される
ものでないのは勿論である。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、負荷の容量に関
係なくオーバーシュートを小さくでき、また設定温度に
対する雰囲気温度の変動を小さくでき、しかも温度の立
上がりを負荷の客層に関係なく良好にできる温度制御装
置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は回路図、第２図は温度変化率及び比例制御範囲を示
すグラフ、第３図は比例制御範囲と温度変化率の関数グ
ラフ、第４図は比例制御時における周期に対するヒータ
のオン時間を示す図、第５図はヒータのオン時間と設定
温度の関数グラフ、第６図はマイクロコンピュータにお
けるＲＡＭの主なメモリ構成を示す図、第７図はマイク
ロコンピュータにおけるＣＰＵの主な処理及び制御を示
す流れ図、第８図〜第１０図は従来例を示すもので、第
８図は回路図、第９図は軽負荷時の雰囲気温度の立上が
り特性を示すグラフ、第１０図は重負荷時の雰囲気温度
の立上がり特性を示すグラフである。 ２１・・・交流電源、２３・・・リレーの常開接点、２
４・・・ヒータ、３０・・・可変抵抗器（温度設定器）
、３２・・・負特性サーミスタ（温度検出素子）、３３
・・・マイクロコンピュータ、３５・・・リレー、４１
．４２．４３・・・レジスタ、４４．４５・・・カウン
タ。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第４図　　　　第５図 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 雰囲気温度を検出する温度検出素子と、雰囲気温度を設
   定する温度設定器と、前記温度検出素子の検出温度が、
   前記温度設定器の設定温度を基準に±の幅で予め設定さ
   れる比例制御範囲の１／２の範囲に入っているか否かを
   判断する制御範囲判断手段と、この手段により比例制御
   範囲の１／２の範囲以外にあると判断されたとき前記温
   度検出素子の検出温度と前記温度設定器の設定温度との
   大小によってヒータをオン、オフ制御する手段と、この
   手段によりヒータのオン、オフ制御が行われている状態
   で時間に対する温度の変化率を求める手段と、この手段
   により求められた温度の変化率から加熱される負荷の容
   量を判断して前記比例制御の範囲を設定する制御範囲設
   定手段と、前記制御範囲判断手段によって前記制御範囲
   設定手段で設定された比例制御範囲の１／２の範囲に検
   出温度が入っていると判断されたとき前記ヒータを所定
   の周期で一定時間オン動作制御する手段とを設け、前記
   負荷の容量が大きいとき比例制御範囲を小さくし、かつ
   前記負荷の容量が小さいとき比例制御の範囲を大きくす
   ることを特徴とする温度制御装置。