JPS6160366B2

JPS6160366B2 -

Info

Publication number: JPS6160366B2
Application number: JP56047918A
Authority: JP
Inventors: Noboru Saito
Original assignee: TAKAHATA DENSHI KK
Current assignee: TAKAHATA DENSHI KK
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1981-03-31
Publication date: 1986-12-20
Also published as: JPS57161627A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は感温センサーにサーミスタを用いたデ
ジタル体温計に関するものである。

一般に、体温などの温度測定は精度が高く
（0.1℃）かつ検温速度が速いことが要求される。
従来の水銀体温計の検温速度は速くて１分程度の
ものが一般的である。そこで感温センサーにサー
ミスタを使用した、例えば第１図に示すようなデ
ジタル体温計が市販されるようになつた。

第１図において、Rthは感温センサーとしての
サーミスタであり、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ととも
にブリツジ回路１を構成している。このブリツジ
回路のａ―ｂ間の電圧、即ちアンバランス電圧を
前置増幅器２で増幅し、温度に比例した電圧Eo
を得る。このアナログ電圧Eoを２重積分方式の
アナログ・デジタル変換器（以下Ａ／Ｄ変換器と
いう）によりデジタル値に変換し、温度をデジタ
ル表示器６に表示させる。例えば０℃のときにブ
リツジ出力電圧が0Vになるようにブリツジ回路
１を予じめ調整しておき、20℃のとき前置増幅器
の出力端子電圧Eoが200mVになるように前置増
幅器の利得を決める。そしてこのEoをＡ／Ｄ変
換器で“20.0”と表示させれば温度表示ができた
ことになる。

２重積分方式のＡ／Ｄ変換器は、オペアンプ４
を用いた積分回路３とコントロール回路５とで構
成されている。オペアンプ４の入力端子はスイツ
チS′により前置増幅器の出力電圧Eoへ接続する
ことができ、別のスイツチS″により基準電圧Ｅ_R
へ接続できるようになつている。このスイツチ
S′及びS″のオン・オフはコントロール回路５に
より次のように制御される。即ち入力積分期間中
はスイツチS′がオン（S″はオフ）し、抵抗Riと
コンデンサＣとにより、入力電圧Eoを一定時間
積分する。次に基準積分期間中はスイツチS″を
オン（S′はオフ）し、入力電圧Eoとは逆極性の
電圧Ｅ_Rを積分出力電圧がゼロになるまで積分す
る。この場合には、積分出力の傾斜は一定である
ので、基準積分時間は入力電圧に比例する。この
時間内のクロツクパルスの数を、コントロール回
路５内のカウンタで計数し、ラツチしてデジタル
出力を得る。この２重積分方式は、クロツクの周
期及び回路素子Ri，Re，Ｃの変動が誤差になら
ない利点をもつ。

しかしながら第１図に示す如きデジタル体温計
に於て、その測定精度を高めるには、前置増幅器
Ａ１の出力電圧ｏが測定温度に比例していること
が重要である。

ところで、サーミスタは、周知のとおり、温度
変化に対し抵抗値が変化する半導体の一種であ
り、そして温度に対する抵抗変化が大きいため比
較的感度は良いものとされており、またサーミス
タは一般に安価で小型、しかも比較的レスポンス
が速い特徴を持つている。故に、体温のみならず
工業用温度計などにもサーミスタが用いられる。

しかしサーミスタの抵抗は温度に対し対数的に
変化する。このため、上記のように前置増幅器Ａ
１の出力電圧Eoを温度に比例したものとするた
めには、例えばサーミスタRthに並列に補正抵抗
を入れてブリツジ回路の温度に対する直線性を良
くしたり、或いは更に前置増幅器Ａ１の増幅度を
温度変化に対し安定に保つなどの手段を講ずる必
要があつた。

本発明は、上記のようなサーミスタの直線性の
補正などの特別の回路を必要とせずに、高い精度
の温度測定が可能なデジタル体温計の提供を目的
とするものである。

本発明は、サーミスタの温度に対し対数的に抵
抗値が変化する特性をそのまま無修正で利用する
ため、まず温度とは無関係な一定電圧Eiを用意
し、この電圧でサーミスタRthを通して一定時間
積分し、即ち抵抗測定を行ない次いでこの積分さ
れた電圧Ｅ_Nを所定の抵抗Roを通して放電させる
ことにより対数変換を行なう。こうすれば、その
時のサーミスタの抵抗値の対数つまり温度そのも
のが直接に求められることになる。

以下図示の実施例について本発明を説明する。

第２図は本発明の体温計の原理を示すブロツク
図である。サーミスタRthは負特性の通常のサー
ミスタであり、その一端は一定の直流電圧Ei
（この例では負電圧）に接続され、他端はスイツ
チＳ１を介して、オペアンプ１０の入力端子と接
続されている。従つてサーミスタRthは、オペア
ンプ１０の入出力端子間に接続されたコンデンサ
Ｃとともに第１積分回路を構成する一要素として
機能する。オペアンプ１０の入出力端子間には、
スイツチS₂と抵抗Roの直列回路が並列に接続さ
れており、コンデンサＣに対する放電路（第２積
分回路）を構成し得るようになつている。

まず、第３図に示すように、予じめ定めた所定
時間（クロツクパルス数Ｎ）の期間スイツチＳ１
を閉じて第１積分を行なう。オペアンプ１０の出
力電圧Ｅ１はEiに負電圧を与えた場合、第３図
のようにＥｉ／Ｒｔｈ．Ｃｔの関数に沿つた正の電圧波
形となる。パルス数Ｎをコントロール回路５０のカウ
ンタが計数したとき、カウンタからの出力信号に
よつてスイツチＳ１を開きＳ２を閉じる。即ち第
１積分でコンデンサＣにチヤージされた電気量を
所定の抵抗Roを通して放電させる。コンデンサ
Ｃの電圧は時間ｔとともに指数関数的に変化する
ため、この電圧をコントロール回路５０中の比較
器により所定の基準電圧Ｅ_Rと比較し、一致点を
見い出す。積分開始から第２の指数変化させるま
での時間（パルス数Ｎ）と、電圧比較された一致
点までの時間（パルス数Nx）との比をパルス数
で表わすと、デジタル表示器６０に温度表示させ
ることができる。

次に第４図〜第６図を使つて本発明の実施例を
詳細に説明しよう。第４図にはコントロール回路
の構成例が示してあり、第６図には詳細な具体的
回路が示してある。この場合、第２図，第４図及
び第６図を通じて同じ構成要素には同一符号を付
してある。

積分回路のコンデンサＣにはスイツチＳ３が並
列に接続され、積分を必要とする時以外はコンデ
ンサＣを短絡するようになつている。

２０はコンデンサＣの蓄積電荷を抵抗Roを通
して流出させた際、コンデンサＣの端子電圧Ｅ１
が所定の値Ｅ_Rまで降下したかどうかをチエツク
し、Ｅ１がＥ_Rに達したとき出力を生ずるコンパ
レータである。２１はこのコンパレータ２０の比
較一致出力を比較的短いパルス幅のパルスにする
波形整形回路、そして２２はこの波形整形された
比較一致出力パルスによつてリセツトされるフリ
ツプフロツプである。このフリツプフロツプ２２
がリツト状態に在る間は、同フリツプフロツプの
出力により、スイツチドライブ回路２３を通し
てスイツチＳ３がオンせしめられ、コンデンサＣ
が短絡される。この結果、コンパレータ２０は動
作しない。

スイツチドライブ回路２３は第６図に示すよう
に、フリツプフロツプ２２のセツトＱ出力と
ANDゲート３２の出力の反転信号（インバータ
２４の出力）とを２入力とするANDゲート２５
を含んでいる。これは、フリツプフロツプ２２の
セツト出力ＱによるスイツチＳ２のオン・オフ動
作を、後述するゲート３２の出力が生じている間
は禁止し、ゲート３２の出力が消失した際には有
効にならしめる働きをさせるためである。

３０はクロツク周波数ｏのクロツク発生器、
３１は発生器３０からのクロツクパルスを計数す
るカウンタである。カウンタ３１は３段の1/10計
数回路に２段の1/2計数回路３１Ａ，３１Ｂを加
えて構成されており、従つて前段の1/2計数回路
３１Ａはクロツクパルスを1000カウントしたとき
にオンし、３１Ｂは2000カウントしたときにオン
する。３２は両1/2計数回路３１Ａ及び３１Ｂが
共にオンである間出力を生ずるANDゲートであ
り、このゲート３２の出力によつてドライブ回路
２３を通してスイツチＳ１がオンせしめられる。

４０は波形整形回路２１からの比較一致パルス
によりカウンタ３１の値を読み込んでラツチし、
その値を例えば小数点以下第１位までを示す３桁
のデジタル表示器６０に表示させるラツチ回路で
ある。

次に第５図のタイムチヤートを参照しながら上
記装置の動作を説明する。

最初電源スイツチSW（第６図）を入れること
によりカウンタ３１がクロツク発生器３０からの
クロツクパルスを計数し始める。1000カウントす
ると1/2計数回路３１Ａがオンになる（第３図の
ａ点）。次いで2000カウントで次段1/2計数回路３
１Ｂがオンになる（第３図のｂ点）。更にカウン
トが進み3000カウントになると、両回路３１Ａ，
３１Ｂが共にオンの状態となり（第３図のｃ
点）、この結果、ゲート３２に出力が発生する。
このゲート３２の出力はフリツプフロツプ２２の
クロツク入力端子に送られ、該フリツプフロツプ
をセツトさせる一方、スイツチドライブ回路２３
を通してスイツチＳ１をオンせしめる。フリツプ
フロツプ２２がセツト状態となると、その出力
が消失するのでスイツチＳ３がオフする。この場
合、フリツプフロツプのＱ出力端子はＨレベルで
あるが、回路２３のANDゲート２５が開かない
ため、スイツチＳ２はオフした状態のままであ
る。スイツチＳ１がオンした時点から、直流電圧
Eiにより、サーミスタRthを通してコンデンサＣ
に電荷が充電され始め、コンデンサの端子電圧
は、Ｅｉ／ＲｔｈＣｔの形で上昇する。

次に4000カウント目（第３図のｄ点）に至る
と、1/2計数回路３１Ａ及び３１Ｂの出力がオフ
状態となりANDゲート３２の出力が消失し、ス
イツチＳ１がオフする。ANDゲート３２の出力
が消失するとスイツチドライブ回路２３のインバ
ータ２４の出力がＨレベルになるので、同回路の
ANDゲート２５に出力を生ずる。なぜならこの
時点では依然としてフリツプフロツプ２２がセツ
ト状態にあるからである。ゲート２５の出力によ
りスイツチＳ２が開く。従つて、この4000カウン
ト目（Ｎ＝1000）で第１積分は自動的に終り、次
いで、それまでコンデンサＣに蓄積された電荷が
抵抗Roを通して放電される第２積分が開始され
る。

今、クロツク発生器３０のクロツク周波数を
ｏ、そして第１積分の区間を定めるパルス数をＮ
とすれば、第１積分の終了時におけるコンデンサ
Ｃの端子電圧Ｅ_Nは、次のような値になつてい
る。

Ｅ_N＝Ｅｉ／Ｒｔｈ．Ｃ・Ｎ／ｏ …(1) この電圧は時間ｔの経過に伴い、指数関数ｅ−
１／Ｒｏ．Ｃｔに従つて低下する。

放電電圧Ｅ１がコンパレータ２０の基準電圧Ｅ
_Rまで下ると、コンパレータ２０の出力がオンか
らオフに変わりこのときパルスを波形整形回路２
１に生じせしめる。この回路２１からの比較一致
パルスはフリツプフロツプ２２のリセツト入力端
子に送られて同フリツプフロツプをリセツトさ
せ、積分回路を短絡せしめる。また比較一致パル
スはラツチ回路４０に送られて同ラツチ回路を作
動せしめ、ラツチ回路４０にカウンタ３１からの
計数値をラツチさせる。この値を表示器５０に入
れれば温度がデジタル表示されることになる。

今、このカウント値をNxとし、Nxの計数開始
から第２積分の終了までの時間を、第３図に示す
如くtxとすれば、 tx＝RoClog Ｅ_N／Ｅ_R …(2) となり、これに(1)式を代入すると tx＝RoClogＥｉＮ／ＲｔｈＣｏＥ_Ｒ …(3) となる。従つてNx＝otxであるから Nx＝toRoClogＥｉＮ／ＲｔｈＣｏＥ_Ｒ …(4) となる。ｏ，Ro，Ｃ，Ｎ，Ei，Ｅ_Rは一定であ
るから、Nxは(4)式から判るように１／Rthの変化
の対数に比例することになる。つまりlog1／Rth
は温度に比例することから、Nxの計数値は温度
を表わすものとなる。

以上述べたように、本発明の体温計はサーミス
タの抵抗値をその対数特性を補正することなく測
定し直接的に温度を測定するものであるから、極
めて測定精度が高い。しかも第１図の如きブリツ
ジ回路も前置増幅器も不要であり、従来必要であ
つた電圧Eoの正規化もしくは補正にも不要であ
る。しかも個々のサーミスタの特性の不揃いは、
コンパレータ２０の基準電圧Ｅ_Rを加減すること
で簡単に補正できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のデジタル体温計の概略図、第２
図は本発明のデジタル体温計の概略図、第３図は
その動作原理の２重積分の説明に供する図、第４
図は本発明のデジタル体温計のブロツク図、第５
図はその主要部の動作を示すタイムチヤート図、
そして第６図は第４図のデジタル体温計の更に具
体的回路例を示した図である。１０…オペアンプ、２０…コンパレータ、２１
…波形整形回路、２２…フリツプフロツプ、２３
…スイツチドライブ回路、３０…クロツク発生
器、３１…カウンタ、３２…ANDゲート、４０
…ラツチ回路、６０…表示器。

Claims

【特許請求の範囲】

１クロツクパルスを計数するカウンタと；該カ
ウンタの値が所定の第１の数値幅内にある間オン
される第１のスイツチと；該スイツチによつて積
分コンデンサと直列に接続され該コンデンサと共
に一定の直流電圧を積分するサーミスタと；前記
カウンタの所定の第１の数値幅が経過したとき直
ちにオンされる第２のスイツチと；該第２のスイ
ツチにより前記コンデンサと接続され前記積分過
程の間に前記コンデンサに蓄積された電荷を放電
させる所定値の抵抗と；この放電時にコンデンサ
の電圧を所定の基準電圧と比較し一致したとき比
較一致出力を生ずるコンパレータと；このコンパ
レータの比較一致出力により前記カウンタの内容
をラツチし表示器に表示させるラツチ回路とを有
することを特徴とするデジタル体温計。