JPS6333631A - 温度トランスデユ−サ - 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］ この発明は感温素子に熱電対を用いた温度トランスデユ
ーサに関する。

［従来の技術］ 熱電対を感温素子に用いた、温度トランスデユーサにお
いては、熱電対の出力電圧が温度に対して一次比例の関
係にならない、そこでこの非直線誤差を補正するために
誤差補正回路を設けるのが一般的である。この誤差補正
回路の従来の例としては、Ａ／ＤコンバータとＲＯＭを
含むマイクロコンピュータ等で構成されたものや、抵抗
、コンデンサ及びダイオード等で構成される折線近似回
路などがあった。前者の一例として特開昭６０−１２９
６３０号公報に示されるものがあり、その回路の構成を
示すブロック図を第５図に示す０図において、熱電対（
１）及び基準接点補償回路（２）は差動回路（３）の入
力に接続されている。差動回路（３）の出力はＡ／Ｄコ
ンバータ（７）トマイクロコンピュータ（８）により構
成された誤差補正回路（４）に入力される。

誤差補正回路（４）の出力はデコーダ回ｎ（５）を経て
表示部（６）により表示される。

次に１７３作について説明する。熱電対（１）に発生す
る熱起電力の電圧と基準接点補償回路（２）で作られた
補償電圧は差動回路（３）に印加され、その出力には上
記両電圧の差が得られる０、ｉ＆準接点を例えば０°Ｃ
と設定した熱電対を用いた温度計において、その基準接
点が０°Ｃでない温度、例えば室温と同じ温度にあるよ
うな状態で測定対象物の温度を測定すると、その測定値
は基準接点の温度を０°Ｃに保持して測定した場合の値
に対して上記室温に相当する分だけズレが生じる。上記
補償電圧は、このズレを打ち消すためのものであ・す、
室温に応じた電圧が差動回路（３）の一方の入力端子に
印加される。差動回路（３）の出力には補償電圧と熱起
電力の電圧との差の電圧が現われる。この差の電圧は上
記差動回ｎ　（３）から誤差補正回路（４）へ入力され
てそこで熱起電力の非直線特性が直線特性に変換された
後、デコーダ回路（５）を介して例えば液晶表示素子な
どを有する表示部（６）に加えられ、表示されるように
なっている。上記誤差補正回路（４）はＡ／Ｄコンバー
タ（７）とＲＯＭを含むマイクロコンピュータ（８）で
構成されており、上記差動回路（３）から入力されたア
ナログの測温信号は、Ａ／Ｄコンバータ（７）によって
デジタル値に変換され、マイクロコンピュータ（８）に
入力される。マイクロコンビ（、−タ（８）のＲＯＭに
は上記熱電対（１）の温度に対する熱起電力特性を直線
化する補正用データが収納されており、このデータを所
定のタイミングで呼び出し、Ａ／Ｄコンバータ（７）か
ら送られてくる測温信号に対してｉＩｆ線化の演算処理
を行ってデコーダ回路（５）へ入力される。デコーダ回
路（５）は入力されたデジタル信号をアナログ値に変換
し、表示するようになされている。

［発明が解決しようとする問題点］ 前記のマイクロコンピュータを用いた誤差補正回路にお
いては高度かつ複雑な演算処理を行うことにより高い測
定精度を得ることができるが、そのために高価な部品が
必要となり装置の価格が高価になるという問題があった
。また説明は省略したが公知の折線近似回路を用いたも
のは温度変化による回路のドリフトが避けられず測定精
度が低く、かつ熱電対の種類に応じて折線特性を決定す
る抵抗、コンデンサ等の値を実験的に求めなければなら
ず多大の時間と労力を要する問題があった。

この発明は安価がり高精度の熱電対温度トランスデユー
サを得ることを目的としている。

［問題点を解決するための平膜］ この発明の温度トランスデユーサは基準接点に対して温
度補償を施した熱電対の出力電圧をパルス幅変調信号に
変換し、一定の直流電圧とパルス幅変調信号の論理積の
平均電圧Ｅ１を第１の回路で作り、平均電圧Ｅ１とパル
ス幅変調信号の論理積の平均電圧Ｅ２を第２の回路で作
り、さらに平均電圧Ｅ２とパルス幅変調信号の論ｎｕ積
を第３の回路で作り以下第ｎまでの同様の平均電圧Ｅ　
ｎを第ｎのまでの回路により順次作り、各平均電圧Ｅ＋
、　Ｅ２．　　・・・、Ｅｏを温度に比例するようにし
た所定の比率で加減算して直流電圧を得るように構成し
ている。

［作用］ 熱電対の出力電圧に対応するパルス幅変調信号と基準直
流電圧Ｅｌの論理積の平均電圧Ｅｌと、パルス幅変調信
号と平均電圧Ｅ１の論理積の平均電圧Ｅ２と以下第ｎま
での平均電圧Ｅ８．・・・、Ｅゎとを所定比率で加減算
することにより熱電対の出力電圧をべき級数の和及び差
によって表わし、熱電対の非直性を補正する。

［実施例］ 熱電対の温度−出力電圧特性の非直線性の補正に関して
は、Ｊ　Ｉ　Ｓ　Ｃ１６０２−１９８１に基準熱起電力
の補間式として示されている。この補間式は一定の温度
範囲毎に定められており（１）式に示すようにべき級数
によって表わされている。

ここにＥは出力電圧、ｔは温度であり、ａｌについては
それぞれの値が定められている。

本発明においては、温度ｔに比例する直流電圧ＥＯを得
るために前記のＪ　Ｉ　Ｓの補間式を温度りを求める式
であるｔ＝ΣｋｉＥの形に変形し、直流電圧ＥＯをべき
級数によって現わす第（２）式を算出した。

ＥＯ職０．０７　＋　１８２．８３６Ｅ−５６，９４８
Ｅ”＋　　２４．３４５Ｅ３−　５．７４１Ｅ’＋　　
０．５４１Ｅ５・　・　・　・　・　（２） ！＠　（２）式はＪＩＳにおけるＲ型の熱電対の温度範
囲０〜４００”　Ｃにおける近似値を表している。

上記のべき級数の和及び差により表される各項の電圧Ｅ
、　Ｅ　、　　・・・、Ｅ　を求めるための本発明の実
施例の構成を第１図のブロック図に示す。

図において熱電対（１）と基準接点補正回路（２）の出
力は差動回路（３）の２個の入力端子に入力される。

差動回１１（３）の出力はパルス幅変調回路（１１）に
入力される。パルス幅変調回路（１１）の出力はホトカ
ブラ（１２）を介して論理積回路（１３）に入力される
。

論理積回路（１３）の出力は加減算回路に印加されてい
る。

第２図に論理積回路（１３）の詳細な構成を示す。

一定の電圧を有する基準直流電圧（Ｅｚ）は＠１のスイ
ッチ（Ｓｌ）を介して第１のフィルタ（Ａ＋）に印加さ
れている。第１のフィルタ（ＡＩ）の出力は第２のスイ
ッチ（Ｓ２）を介して第２のフィルタ（Ａ２）に印加さ
れるように構成されている。

以下同様にしてフィルタとスイッチが交互に配列されて
おり、第ｎのスイッチ（Ｓ、）の出力端（ｏｎ）は第ｎ
のフィルタ（Ａ、）に入力されるようになされている。

ホトカブラ（１２）の出力は第１〜第ｎのスイッチ（Ｓ
Ｉ）、（Ｓ２）、　　・＋、（Ｓ、）の制御端子（ｋ＋
）、（ｋ２）、　　・・・、（ｋ・、）に接続されてい
る。

次にこの実施例の動作について説明する。　発生する熱
起電力の電圧と基準接点補償回路（２）でつくられた補
償電圧は差動回路（３）に印加され、その出力には上記
両電圧の差が得られる。熱電対を用いた温度針において
は、その基準が０°Ｃでない、例えば室温と同じ温度に
あるような状態で測定対象物の温度を測定すると、その
測定値は基準接点の温度を０°Ｃに保持して測定した場
合の値に対して上記室温に相当する分だけズレが生じる
。上記補償電圧は、このズレを打ち消すためのものであ
り差動回路（３）の一方の入力端子に印加される。差動
回路（３）の出力には補償電圧と熱起電力の電圧との差
の電圧（ＥＴ）が出力される。

この電圧（ＥＴ）はパルス幅変調回路（１１）でパルス
幅変調され、電圧（Ｅ　Ｔ）に比例したデユーティ比の
パルスに１ｃｆｉされる。このパルスのオン区間をＴＩ
、オフ区間をＴ２とすると電圧（ＥＴ）の平均値は（３
）式により表される。

ＥＴ＝Ｔ＋／（Ｔ　　１十　Ｔ２）　　　・　　・　　
・　・　（３）次にこのパルスはホトカブラ（１２）を
介して“伝達され、次の論理積回路（１３）に入力され
る。この論理積回路（１３）は第２図に示すように、パ
ルス幅変調回路の出力パルスと所定の一定値の電圧との
論理積を得るスイッチ（ＳＩ）と、その後に接続されて
スイッチ（！９＋）の出力電圧を平滑するフィルタ回路
との紐をＭＩ続的に複数組連結して構成しており、その
動作は次の通りである。基準直流電圧（Ｅｚ）はホトカ
ブラ（１２）の出力パルスで制御される第１のスイッチ
（ＳＩ）によってオン、オフ制御され、その出力ｅ自よ
第３図（１）のタイミングチャートに示すパルスに変換
される。パルス出力ｅ！は次の第１のフィルタ（Ａ　Ｉ
）によって平滑され、その平均電圧Ｅｌは次の（４）式
で表される。

Ｅ＋＝［Ｔ＋／　（ＴＩ＋Ｔ２）］−ＥＺ＝ＥＴ−Ｅｚ
・　・　・　（４） 次に第１のフィルタ（Ａ＋）の出力電圧（Ｅ＋）は第２
のスイッチ（Ｓ２）において、ホトカブラ（１２）の出
力パルスでオン、オフ制御され、その出力（θ２）は、
第３図（２）に示すようなパルスに変換される。パルス
出力（ｅ２）は次の第２のフィルタ（Ａ２）によって平
滑される。その平均電圧（Ｅｚ〉は次の（５）式で表さ
れる。

Ｅ２＝ＣＴ　Ｉ／　（Ｔ　＋＋　Ｔ２）’３・Ｅ１＝　
Ｅ　Ｔ２・Ｅ　ｚ・・・（５） 以下同様にして順次上記の処理をしてゆくと、第ｎ番目
のスイッチ（Ｓ、）の出力（ｅ　ｎ）は第３図（４）に
示す波形となり、フィルタ（Ａ１１）で平滑されて、そ
の平均電圧（Ｅ７）は次の（６）式で表される。

Ｅ、＝〔Ｔ＋／　（’Ｉ”＋＋Ｔ２）ｌ・Ｅｎ−１＝　
ＥＴ”　−Ｅ　ｚ・・・（６） （Ｅれ−１は第（ｎ−１）のフィルタＡ　ｎ　−＋の出
力電圧を示す、）このようにして、論理積回路（１３）
では、測定すべき温度に相当する電圧（ＥＴ）のべき乗
に比例した直流電圧（Ｅ＋）、（Ｅ２）、　　・・・、
。

（Ｅｎ）が得られる。各出力電圧（Ｅ＋）、（Ｅ２）、
・・・、　　（Ｅｌｌ）は加減算回路（１４）において
、所定比率で加減算され、次の（５）式で示す出力電圧
（Ｅａ）が得られる。

Ｅｇ＝に＋Ｅ＋＋に２Ｅ２＋・　・　・＋ｋｎＥ、１＝
Ｅｚ（ｋ＋Ｅ’Ｉ’＋に２ＥＴ　　＋　・・＋に、Ｅ’
ｒ″）・・・（５） 熱電対の温度−出力電圧特性から、温度に１次比例した
直流電圧を得る場合、（５）式の各係数（Ｋ＋）　、　
　（Ｋ２３　、　　・・＋、　　（Ｋｎ）の大きさおよ
び正負の符号をＪＩＳに示された各熱電対の補間式に応
じて決めてやればよい、従って第１図の回路において、
論理積回ＩＩ（１３）のスイッチとフィルタの段数及び
加減算回路（１４）の各係数（ｋ＋）。

（ｋ２）、　　・・・、（ｋｎ）を熱電対の特性カーブ
に応じて選べば、入力温度に比例した直流電圧を得るこ
とができる。　なお、ｇＮ３図中のスイッチはＣ−ＭＯ
Ｓ、アナログスイッチやＦＥＴにより、またフィルタは
Ｃ−Ｒ積分回路や、演算増幅器とコンデンサ、抵抗など
を組合わせた積分回路など簡単な回路によって構成する
ことができる。なお、上記実施例では、基準電圧（Ｅｚ
）とスイッチ（Ｓｌ）を独立して設けるようにしている
が、これは、第４図に示すように、基準電圧（Ｅｚ）を
電源として動作するＣ−ＭＯＳインバータあるいはＮＡ
ＮＤゲート等よりなるロジック回路（２θ）を使用して
も同様の効果を奏する。

また、入力と出力間を絶縁するためにホトカブラ（１２
）を使用しているが、これはパルス電圧を伝送できる、
例えばトランス等でも同様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

この発明によれば、熱電対の非直線誤差を複数のスイッ
チとフィルタを縦続接続した回路により補正するように
なされており、スイッチは半導体素子により、またフィ
ルタはＣ−Ｒ積分回路や演算増幅器とコンデンサ抵抗を
組合わせた積分回路など比較的簡単かつ安価な回路によ
り構成することができるので安価な温度トランスデユー
サを得ることができるのみならず高い精度で非直線誤差
を補正することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の回路のブロック図、シ 第４図は第１図における論理積回路（１３）の詳細図、
第３図はこの発明の実施例の動作を示すタイミングチャ
ート、ｔｓ４図はこの発明の基準電圧とスイッチの部分
の他の実施例を示す回路図、第５図は従来の例の誤・差
補正回路を示すブロック図である。 ｌ：　熱電対 Ｓｌ：　　スイッチ Ａ１：　　フィルタ １１：　　パルス幅変調回路 １３：　　論理積回路 １４：　　加減算回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準接点に対する温度補償を施した熱電対、熱電
   対の出力電圧に比例するデューティ比のパルスを出力す
   るパルス幅変調回路、 パルス幅変調回路の出力パルスと所定の値の電圧との論
   理積を得るスイッチ手段と、その後に接続されスイッチ
   手段の出力電圧を平滑するフィルタ回路と、の組を所定
   数縦続的に連結してなる論理積回路、及び 少なくとも１個のフィルタ回路の平滑出力を所定の比率
   で加算及び減算する演算回路 を備える温度トランスデューサ。