JPS63111432A - 温度測定装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は温度によって抵抗値が変化する測温抵抗素子を
利用した温度測定装置に関する。

（従来の技術） 測温抵抗素子を利用した温度測定の方式として・、（１
）標準抵抗と測温抵抗素子を直列に接続して直流電圧を
印加し、標準電圧と測温抵抗素子間の電圧を交互に測定
して抵抗素子の抵抗値、すなわちその温度を決定する方
式（日本工業規格２８７０４）（２）基準電圧の変動に
左右されない交流を用いたトランス型レシオブリッジ方
式が知られている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記（１）の方式では■熱起電力による
誤差が生じる■自動的に測定ができない■センサ内に水
漏れが生じたとき周囲の金属を含めて電蝕を起こす等の
欠点があり、又上記（２）の方式はケーブルを長く伸ば
したときのインダクタンス、静電容量によりインピーダ
ンスが変わり測定誤差の要因となる。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、極性切換方式を
採用して平均値を取り、熱起電力の影響を排除すると共
にケーブル長による変動及び電蝕を防止する、基準電源
の変動に左右されない温度測定装置を提供するものであ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る温度測定装置は、 両極性の電圧を発生する定電圧源と、 上記定電圧源の電圧に比例する電流を変換形成する定電
流発生手段と、 上記定電圧源と定電流発生手段との間に介在され、定電
圧の極性を切換える切換手段と、上記定電流が流れる測
温抵抗素子と、 該測温抵抗素子両端間に発生する電圧と上記定電圧とか
ら該定電圧に比例した出力を送出するようになされた差
動増幅回路と、 該差動増幅回路出力と上記定電圧とから、差動増幅回路
出力／定電圧に相当する信号を出力する信号処理部と、 測温抵抗素子の抵抗値と温度との関係が予め書込まれ、
上記信号処理部の出力を温度データに換する変換手段と
から成る。

（作　用） 第１図は本発明の基本構成を示すブロック図で、定電圧
発生回路１．２で等値且つ＋、−の定電圧Ｖ　ＲＥＦが
発生され、切換スイッチ３によりその一方の電圧が出力
される。この出力電圧は電圧電流変換回路４で定電流Ｉ
を出力するように変換され、該定電流Ｉが測温抵抗素子
５に流れる。

測温抵抗素子５は周囲温度に比例した抵抗値を示し、そ
の両端電位Ｖｌ、Ｖ２は差動増幅回路６に導かれる。こ
の差動増幅回路６は例えばインスツルメンテーションア
ンプ（計測用増幅器）が好適で、第２図−点鎖線で示す
構成が一般的である。

同構成において、出力■８は ｖｘ＝−Ａ　（Ｖ、−Ｖ２）＋ＢＶ、、。

＝ＲｔＩ　（Ｒｔ−は素子５の抵抗値）と表わせる。従
って、 ＶＸ　＝−Ａ’Ｒｔ　Ｉ　＋ＢＶ＊ｔｒ但し、ＲｏはＵ
４の反転端子に接続された抵抗。

該出力■８は信号処理部７でＶｘ／ＶＲＥｒ、すなわち
Ｒｔにのみ関係する信号に変換処理され、更にＲｔ−温
度の特性から温度が換算して求められる。

制御部８は各回路のタイミング信号を送出したり、又上
記Ｒ１−温度の関係から換算を行う。

（実施例） 第２図は、本発明の一実施例を示す回路図である。

同図において、Ｚｈは所定の定電圧を作るツェナーダイ
オード、Ｕｌは負荷のインピーダンス変化に対してレベ
ルが変化しない、所謂理想定電圧源に近づけるためのオ
ペアンプ、Ｕ２は逆極性の定電圧源を形成するオペアン
プである。

３は制御部８からの制御パルス（例えば信号ａ、第３図
参照）により、交互に切換えられるスイッチである。

４は電圧電流変換回路で、オペアンプＵ３、Ｕ４、トラ
ンジスタＱｌ、Ｑ２及び抵抗Ｒｏ等から構成される。オ
ペアンプＵ３はアナログのスイッチ３による出力インピ
ーダンスを極めて小さくする、インピーダンス変換のた
めのボルテージフォロアとして機能し、負荷のインピー
ダンスの変化にも拘らず出力として常にＶＲＥＦ　　（
又は−ＶＲＥＩ”）を送出する。このオペアンプＵ３の
出力はオペアンプＵ４の非反転端子（＋側）に送入され
る。オペアンプは理想的には反転端子（−）と非反転端
子（＋）とか同一電位となる。従って、スイッチ３で十
ＶＲＥＦ’が出力されるときは上記両端子は共に＋Ｖ　
ＲＥＦとなる。すなわち、オペアンプＵ４の反転端子に
接続された抵抗Ｒ０には電流１＝ＶＲεｒ　／　Ｒａが
流れる。そして、測温抵抗素子５の抵抗値Ｒｔが変化し
ても同一電流値が維持されるようにオペアンプＵ４はそ
の出力を変化させる。トランジスタＱ１．Ｑ２は電流増
幅用として用いられる。

このようにして、測温抵抗素子５には常に一定電流■が
流れ、その両端間の電圧（前述したｖｌ、Ｖ２）が差動
増幅回路６のオペアンプＵ；、、Ｕ６の非反転端子に各
々印加され、出力ｖＸとして前記（１）式の電圧信号が
オペアンプＵ７から出力される。オベアゾプＵｓ、Ｕｓ
として高入力インピーダンスのものを選択すると、測温
抵抗素子５の接続ケーブルのインピーダンスは無視でき
る。

信号処理部７は前述のＶ　ｘ　／　Ｖ　ＲＥＦを求める
ためのもので、Ａ−Ｄ変換して単に除算する方式でも可
能であるし、本実施例の如く積分回路７１とカウンタ７
２とから構成されるものも考えられる。この積分回路７
１にはオペアンプＵｌ、Ｕ７からそれぞれｖＸ　、Ｖ　
ＲＥｒが入力されており、入力端子に比例したランプ出
力を発生する。従って、Ｖｘが入力されたときはその値
に応じて勾配が異なるが、■□８．に対しては常に一定
の勾配を有するようになされており、このような回路は
新しいものではなく数年来よく使われているものである
。

積分は制御回路８からのパルスａ（第３図参照）により
電圧■×が印加されて第１の積分が、パルスｂ（第３図
）により電圧Ｖ　ＲＥＦが印加されて第２の積分が行わ
れる（第３図、Ｃ）。

スイッチ３は制御回路８からの信号によりパルスａと同
時又はその直前に切換えられ、ＶＸ（又は−ＶＸ）が積
分開始時点から安定的に印加されるようになされている
。

上記第１の積分の期間（ｔ２−ｔ＋　）は予め設定され
た時間である。

今、ｔ１＝０とおくと、 第１の積分波形ｅは ｅ＝ｋＶｘ　ｔ　　・・・・・・・・・・・・・・・・
・・　（２）ｋは比例定数 と表わせ、時間ｔ２において ｅ＝ｋＶｘｔ２　　・・・・・・・・・・・・・・・　
（２）′となる。

第２図の積分はＶ　ＩＩＥＦが逆極性で印加され、時刻
ｔ２から出力がＯＶになる時刻ｔ３まで行われる。

この間の積分波形ｅは ｅ　＝　　　ｋ　Ｖｐｃｒ（ｔ　−ｔ２）　　＋　ｅｘ
　　”””　　（３）と表わせる。

そして、時刻ｔ３においては ０　”−ｋ　ＶｎＥｒ（ｔ３−　ｔ、）＋　ａｘ−’、
ｅｘ　＝　ｋ　ＶＲｔｒ（ｔｓ　−ｔ２）　　・”＝　
　（３）′ここで、（２）′を（３）′に代入すると、
の如く、ｔ３の関数として表わされる（ｔ２は一定）。

すなわち、この　（４）　　式より、ｔ、〜ｔ。

の時間を測ればＶ　Ｘ　／　Ｖ　ＲＥＦが逆算しえるこ
ととなる。

なお、次の周期ではスイッチ３が切換えられ、逆極性の
ランプ出力を発生させて熱起電力による影響を排除する
ようにしている。周期Ｔは数百ミリ秒程度より計測可能
である。

積分回路７１はゼロクロス検出回路（図示せず）も有し
ており、時刻１．．１３のタイミングを検出する。この
検出信号は次段カウンタ７２に導かれ、その間時間パル
スｄ（第３図）を計数して時間に相当する信号を形成す
る。

制御回路８は前記　（１）式の計算式又は変換テーブル
及び抵抗Ｒｔと周期温度との換算式又は換算テーブルを
備えており、上記時間信号から周囲温度を求める。極性
の異なる状態における２種類の温度データは更に平均化
されて出力、表示されても良い。

なお、本実施例では積分回路７１へのＶ　Ｒ１Ｆ’人力
をオペアンプＵ１からとしているが、十−をスイッチ３
と連動して、すなわち、オペアンプＵ。

とＵ２とが切換わるようにしておけば＋−の電圧ＶＲ１
は必らずしも同値である必要はない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、オペアンプＵ、
　、Ｕ、の出力Ｖ　Ｉｌｌ：ＦがツェナーダイオードＺ
ｈの経年変化その他により多少変動しても、その変動に
連動して測温抵抗素子５を流れる電流Ｉも変化し、又オ
ペアンプＬ＋７％積分回路７１への入力端子もＶ　ＲＥ
Ｆ自体であるため、前記（１）及び（４）式に何等の影
響はなく、常に正確な測温が可能である。

また、インピーダンス変化を施しているため、測温抵抗
素子５の接続扮−ブルのインピーダンス分を効果的に無
視しえるので高精度の測温が期待できる。

更に、スイッチ３を自動釣に切換えるため迅速な測温が
できると共に＋、−の電流を用いるため熱起電力による
誤差及び電蝕の問題も解消される。

又、積分回路を用いるためノイズ等に影響されにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示すブロク図である。 第２図は本発明の一実施例を示す回路図である。 第３図は波形図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋、−Ｖ＿Ｒ＿Ｅ＿Ｆなる電圧を発生する定電圧源と、
   測温抵抗素子と 上記定電圧源の電圧に比例し、測温抵抗素子に定電流を
   供給する定電流発生手段と、 上記定電圧源と定電流発生手段との間に介在され、定電
   圧源からの出力電圧の極性を切換えるスイッチと、 測温抵抗素子両端間の電圧と定電圧Ｖ＿Ｒ＿Ｅ＿Ｆとか
   ら該Ｖ＿Ｒ＿Ｅ＿Ｆ、に比例する電圧Ｖ＿Ｘを出力する
   増幅回路と、 Ｖ＿Ｘ／Ｖ＿Ｒ＿Ｅ＿Ｆに相当する信号を出力する信号
   処理手段と、 測温抵抗素子の抵抗値と温度との関係が予め書込まれ、
   上記信号処理手段の出力を温度データに換算する換算手
   段とから成る温度測定装置。