CN101778498A - 布线结构、加热器驱动装置、测量装置以及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明的布线结构、加热器驱动装置、测量装置以及控制系统削减加热器或传感器等的布线数目和开关元件数目。将用于加热加热板(10)的9个加热器(6-1～6-9)矩阵连接到行方向的3条第1电力线(L1-1～L1-3)和列方向的第2电力线(L2-1～L2-3)之间，将各个第1电力线(L1-1～L1-3)分别经由3个开关元件与电源的一端连接，另一方面，各个第2电力线(L2-1～L2-3)分别经由3个开关元件与电源的另一端连接，通过控制各个开关元件的开通关闭，选择要驱动的加热器，与各个加热器单独布线的以往例子相比，削减电力线以及开关元件。

Description

布线结构、加热器驱动装置、测量装置以及控制系统

技术领域

本发明涉及削减了加热器或传感器等的电力线或信号线等的布线数目的布线结构、利用了该布线结构的加热器驱动装置、测量装置以及控制系统。

背景技术

以往，例如在将被加热体放置在加热板上进行加热处理的温度控制中，温度调节器基于设置在加热板上的温度传感器的检测温度，通过控制设置在加热板上的加热器的通电，使得加热板的温度成为设定温度(例如，参照专利文献1)。

[专利文献1](日本)特开2001-274069号公报

在所述加热板上设置多个加热器以及多个温度传感器从而进行多个控制点、即多通道的温度控制时，加热器的电力线和温度传感器的信号线的布线数目会增大。

图29是以9个控制点控制加热板的温度的9通道的温度控制系统的概略结构图，图30是表示在图29的加热板上设置的9个加热器的布线结构的图。

该温度控制系统包括：基于来自加热板30上所设置的未图示的9个温度传感器的检测温度PV和设定温度，进行PID(比例微分积分)运算等从而输出各个通道的操作量的温度调节器31；基于来自该温度调节器31的各个通道的操作量，控制继电器等开关元件33-1～33-9的开关，从而控制来自交流电源34的供电的输出设备35，继电器等开关元件被设置为与加热板30上所设置的9个加热器32-1～32-9单独对应。

加热板30上设置的各个加热器32-1～32-9的各自一端X1～X9经由开关元件33-1～33-9分别与交流电源34的一端连接，各自的另一端Y1～Y9分别与交流电源34的另一端连接。

温度调节器31构成为，经由输出设备35控制各个开关元件33-1～33-9，从而单独驱动各个加热器32-1～32-9。

这样，在以往存在如下问题，为了将各个加热器32-1～32-9单独连接到电源而进行驱动，例如在该9通道的温度控制系统的情况下，电力线数目为18条，开关元件的个数为9个，分辨率越高、即通道数目越多，开关元件的个数以及布线数目会增大，尤其是线直径大的电力线会较长地围在加热板和输出设备之间，空间设计和布线作业变得复杂。

这样的由布线数目的增大引起的弊端不限于加热器，对于传感器的信号线等中也会同样产生。

发明内容

本发明鉴于上述点而完成，其目的在于削减加热器和传感器等的布线数目。

(1)本发明的布线结构是将多个加热器连接到电源的布线结构，在多个第1电力线和多个第2电力线之间，矩阵连接了多个加热器，所述多个第1电力线分别经由多个第1开关部件连接到所述电源，另一方面，所述多个第2电力线分别经由多个第2开关部件连接到所述电源，通过所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述电源的加热器。

作为加热器，优选电阻加热型加热器和灯加热器等。

电源可以是直流电源，也可以是交流电源。

开关部件可以是继电器，也可以是晶体管、可控硅或者双向可控硅等半导体元件。

矩阵连接不限于行方向和列方向为栅格状的完整的矩阵，也可以在其中一部分包含不是矩阵连接的加热器，即通过单独的电力线连接到电源的加热器。此外，也可以具有多个被矩阵连接的多个加热器线。

根据本发明的布线结构，通过控制第1开关部件以及第2开关部件的开关，能够选择在行方向(或者列方向)的多个第1电力线和列方向(或者行方向)的多个第2电力线之间矩阵连接的加热器并对其供电，与对每个加热器经由开关元件单独连接到电源而进行驱动的以往例子相比，能够减少电力线的数目以及开关元件等开关部件的个数。

(2)在上述(1)的实施方式中，优选由电阻构成所述加热器。

在使用珀耳帖元件等热电换能元件作为矩阵连接的加热器时，如后述那样，通过电流的环绕而产生电路环，从而抵消由电动势产生温度差的热电换能元件和由温度差产生电动势的热电变换元件的结果，仅仅使选择的热电换能元件发热，即，对于局部发热困难的情况，在该实施方式中，由于使用电阻加热器，因此不会产生这一不合理的情况。

(3)本发明的布线结构是将多个传感器连接到传感器输入电路的布线结构，在多个第1信号线和多个第2信号线之间，矩阵连接了多个传感器，所述多个第1信号线分别经由多个第1开关部件连接到所述传感器输入电路，另一方面，所述多个第2信号线分别经由多个第2开关部件连接到所述传感器输入电路，通过所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述传感器输入电路的传感器。

根据本发明的布线结构，通过控制第1开关部件以及第2开关部件的开关，能够选择在行方向(或者列方向)的多个第1信号线和列方向(或者行方向)的多个第2信号线之间矩阵连接的传感器，并将其输出引入传感器输入电路，与将每个传感器单独连接到传感器输入电路从而获取传感器输出的以往例子相比，能够减少信号线的数目。

(4)在上述(3)的实施方式中，优选由电阻构成所述传感器。

作为由电阻构成的传感器，优选测温电阻或热敏电阻等。

在使用热电偶等热电换能元件作为矩阵连接的传感器时，如后述那样，通过电流的环绕而产生电路环，从而产生抵消电势的热电换能元件，结果，作为整体，测量包含选择的热电换能元件以外的热电换能元件的电势，即对于测量局部温度困难的情况，在该实施方式中，由于使用电阻传感器，因此不会产生这一不合理的情况。

(5)本发明的加热器驱动装置是具有上述(1)或者(2)的布线结构的加热器驱动装置，其包括：选择部件，通过控制所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述电源的加热器。

本发明的加热器驱动装置可以独立构成，也可以内置在功率调整器或温度调节器等中。

根据本发明的加热器驱动装置，通过选择部件来控制开关部件的开关，从而能够选择加热器并对其供电，与对每个加热器经由开关元件单独连接到电源而进行驱动的以往例子相比，能够减少电力线的数目以及开关元件等开关部件的个数。

(6)本发明的测量装置是具有上述(3)或者(4)的布线结构的测量装置，其包括：选择部件，通过控制所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述传感器输入电路的传感器。

本发明的测量装置可以独立构成，也可以内置于温度调节器等中。

根据本发明的测量装置，通过选择部件来控制开关部件的开关，从而能够选择传感器并将其输出引入传感器输入电路，与将每个传感器单独连接到传感器输入电路从而获取传感器输出的以往例子相比，能够减少信号线的数目。

(7)本发明的控制系统具有本发明的加热器驱动装置。

根据本发明的控制系统，与以往例子相比，能够减少电力线的数目以及开关元件等开关部件的个数，用于围绕电力线的空间设计或布线作业变得容易。

(8)本发明的控制系统具有本发明的测量装置。

根据本发明的控制系统，与以往例子相比，能够减少信号线的数目，布线作业变得容易。

(9)本发明的控制系统是对配设了多个加热器的控制对象的温度进行控制的控制系统，在多个第1电力线和多个第2电力线之间，矩阵连接了多个加热器，所述多个第1电力线分别经由多个第1开关部件连接到所述电源，另一方面，所述多个第2电力线分别经由多个第2开关部件连接到所述电源，所述控制系统包括：温度控制部件，基于来自检测所述控制对象的温度的多个温度传感器的检测温度和设定温度，输出操作量；以及第1选择部件，基于来自所述温度控制部件的操作量，控制所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，从而选择要驱动的加热器。

根据本发明的控制系统，通过选择部件来控制第1开关部件以及第2开关部件的开关，从而能够选择在行方向(或者列方向)的多个第1电力线和列方向(或者行方向)的多个第2电力线之间矩阵连接的加热器并对其供电，与对每个加热器经由开关元件单独连接到电源而进行驱动的以往例子相比，能够减少电力线的数目以及开关元件等开关部件的个数，由此，用于围绕电力线的空间设计或布线作业变得容易。

(10)在上述(9)的实施方式中，优选由电阻构成所述加热器。

根据该实施方式，不会产生如使用珀耳帖元件等热电换能元件作为矩阵连接的加热器的情况那样，局部发热困难的不合理的情况。

(11)在上述(9)或者(10)的实施方式中，可以包括：非干扰化部件，变换来自所述温度控制部件的操作量后提供给所述选择部件，以消除由所述选择部件选择的加热器以外的加热器中流过的电流引起的发热。

在选择矩阵连接的加热器进行驱动的情况下，在选择的加热器以外也会环绕电流，因此使周围的加热器虽然发热量较少但仍然会发热，但根据该实施方式，将周围的加热器的发热视为干扰，通过非干扰化部件变换操作量以消除这一干扰，因此能够减少周围的加热器中不期望的发热的影响从而进行高精度的温度控制。

(12)本发明的控制系统对控制对象又配设了多个温度传感器，在多个第1信号线和多个第2信号线之间，矩阵连接了多个温度传感器，所述多个第1信号线分别经由多个第3开关部件连接到传感器输入电路，另一方面，所述多个第2信号线分别经由多个第4开关部件连接到所述传感器输入电路，所述控制系统包括：第2选择部件，控制所述第3开关部件以及所述第4开关部件的开关，从而选择连接到所述传感器输入电路的温度传感器；以及切换部件，切换经由所述传感器输入电路所提供的来自温度传感器的输入，从而将其提供给所述温度控制部件中与各个温度传感器对应的多个温度控制部件，所述温度控制部件基于来自所述切换部件的的温度传感器的输入和设定温度，控制所述第2选择部件。

根据本发明的控制系统，通过第2选择部件来控制第3开关部件以及第4开关部件的开关，从而能够选择在行方向(或者列方向)的多个第1信号线和列方向(或者行方向)的多个第2信号线之间矩阵连接的传感器，并将其输出引入传感器输入电路，与将每个传感器单独连接到传感器输入电路从而获取传感器输出的以往例子相比，能够减少信号线的数目，布线作业变得简单。

(13)在上述(12)的实施方式中，优选由电阻构成所述温度传感器。

根据该实施方式，不会产生如使用热电偶等热电换能元件作为矩阵连接的传感器的情况那样，测量局部温度困难这一不合理的情况。

根据本发明，由多个加热器或传感器共用多个电力线或信号线，因此与以往例子相比，能够减少电力线等的数目或开关元件的个数，用于围绕电力线等的空间设计或布线作业变得容易。

附图说明

图1是本发明实施方式的温度控制系统的概略结构图。

图2是表示在图1的加热板上配设的9个加热器的布线结构的图。

图3的(a)～(b)是用于说明开始对加热板的加热起到达设定温度之前的各个状态的加热器的驱动的图。

图4是表示用于驱动加热器的驱动信号的图。

图5的(a)～(b)是表示加热板的温度和9通道的合计操作量的变化的图。

图6的(a)～(c)是用于说明与合计操作量对应的加热器的驱动的图。

图7的(a)～(b)是表示驱动4个加热器的组的图。

图8是表示图7的驱动信号的图。

图9是用于说明电流的环绕的图。

图10是表示电流环绕的影响的图。

图11是表示测量加热板的温度并输出操作量的温度调节器的结构的图。

图12是表示在图11的加热板上配设的测量电阻的布线结构的图。

图13是表示通过选择部件获取各个通道的传感器的输入的定时的图。

图14是用于说明由测温电阻构成传感器的情况下的电流环绕的图。

图15是表示电流环绕的影响的图。

图16的(a)～(b)是用于说明电流环绕引起的电阻值下降的图。

图17是用于说明使用了珀耳帖元件的情况下的电流环绕的图。

图18的(a)～(b)是表示电流环绕引起的影响的图。

图19的(a)～(c)是用于说明将电流环绕等价地视为并行串行连接的理由的图。

图20是用于说明使用了热电偶的情况下的电流环绕的图。

图21的(a)～(b)是表示电流环绕引起的影响的图。

图22是本发明的其他实施方式的温度控制系统的概略结构图。

图23的(a)～(b)是表示漏电流引起的发热的程度的图。

图24是本发明的其他实施方式的温度控制系统的概略结构图。

图25是表示加热器布线结构的其他例子的图。

图26是与图25的布线结构对应的温度控制系统的概略结构图。

图27是表示加热器布线结构的其他例子的图。

图28是表示加热器布线结构的又一其他例子的图。

图29是以往例子的温度控制系统的概略结构图。

图30是表示以往例子的加热器的布线结构的图。

标号说明

1，10                加热板

2，2-1，2-2          温度调节器

3-1～3-6，14-1～14-6 开关元件

4                    交流电源

5，5-1，5-2          输出设备

6-1～6-16            加热器

11-1～11-9           测温电阻

12                   传感器输入电路

15                   选择部件

18-1～18-9PID        控制单元

具体实施方式

以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是本发明的一个实施方式的温度控制系统的概略结构图，图2是表示在图1的加热板1上配设的9个加热器的布线结构的图。

该实施方式的温度控制系统是控制加热板1上的9个控制点的温度的、进行9通道的控制的系统，在加热板1上配设了9个第1～第9加热器6-1～6-9以及未图示的9个温度传感器。

在该实施方式中，如图2所示，第1～第9加热器6-1～6-9矩阵连接在行方向的3条第1电力线L1-1～L1～3和列方向的3条第2电力线L2-1～L2-3之间。

即，第1～第3加热器6-1～6-3的各个一端与上侧的行方向的第1电力线L1-1连接，各个另一端与3条列方向的第2电力线L2-1～L2-3分别连接。此外，第4～第6加热器6-4～6-6的各个一端与中间的行方向的第1电力线L1-2连接，各个另一端与3条列方向的第2电力线L2-1～L2-3分别连接。并且，第7～第9加热器6-7～6-9的各个一端与下侧的行方向的第1电力线L1-3连接，各个另一端与3条列方向的第2电力线L2-1～L2-3分别连接。

如图1所示，从加热板1引出的3条行方向的第1电力线L1-1～L1～3的各个连接用端子X1～X3，分别经由多个作为第1开关部件的、由继电器等构成的3个开关元件3-1～3-3与交流电源4的一端连接。此外，从加热板1引出的3条列方向的第2电力线L2-1～L2-3的各个连接用端子Y1～Y3，分别经由多个作为第2开关部件的3个开关元件3-4～3-6与交流电源4的另一端连接。

该温度控制系统具有：基于来自加热板1上配设的9个未图示的温度传感器的检测温度(PV)和设定温度(目标温度)，进行PID运算等从而输出9通道的操作量的温度调节器2；基于来自该温度调节器2的操作量，控制开关元件3-1～3-3、3-4～3-6的开关，从而控制从交流电源4对加热板1上配设的9个加热器6-1～6-9的供电的输出设备5。

如上所述，9个加热器6-1～6-9矩阵连接在3条行方向的第1电力线L1-1～L1～3和3条列方向的第2电力线L2-1～L2-3之间。因此，通过选择与行方向的第1电力线L1-1～L1～3中的某个电力线对应的开关元件3-1～3-3和与列方向的第2电力线L2-1～L2-3中的某个电力线对应的开关元件3-4～3-6，并将其开通(on)，从而能够选择任一个加热器6-1～6-9并将其连接到交流电源4后驱动。

输出设备具有作为选择要驱动的加热器的选择部件的功能，该输出设备5基于来自温度调节器2的9通道的操作量，生成后述的驱动信号用于控制开关元件3-1～3-3、3-4～3-6的开关，驱动被矩阵连接的加热器6-1～6-9。

下面，说明将加热板1的温度控制为均匀的设定温度的情况下的加热器的驱动。

图3是表示从开始加热加热板1直到达到设定温度为止的状态的图，图3(a)代表性地表示加热板1的检测温度(PV)的变化，图3(b)代表性地表示从温度调节器2输出的操作量(MV)的变化。

在开始了加热的初始期间T1中，图3(b)所示的操作量为100％，所有开关元件3-1～3-3、3-4～3-6都开通，全部加热器6-1～6-9被驱动，如图3(a)所示那样，加热板1的检测温度(PV)上升。

接着，在加热板1的检测温度(PV)有局部接近设定温度的过渡期间T2中，如后述那样，选择性地开通多个开关元件3-1～3-3、3-4～3-6，选择性地驱动多个加热器。

进而，在加热板1的检测温度(PV)到达了设定温度的稳定状态的期间T3中，顺序开通开关元件3-1～3-3、3-4～3-6，即，顺序扫描(scan)开通的点，时分割地驱动加热器6-1～6-9。

图4是用于说明该稳定状态的扫描的图，分别表示用于开通与行方向的3条第1电力线L1-1～L1～3的各个连接用端子X1～X3分别对应的开关元件3-1～3-3的驱动信号，和用于开通与列方向的3条第2电力线L2-1～L2-3的各个连接用端子Y1～Y3分别对应的开关元件3-4～3-6的驱动信号，9通道的合计操作量为100％以内，表示各个通道的操作量相等的状态。

如该图4所示，在连接用端子X1的开关元件3-1开通的期间T_x1中，连接用端子Y1～Y3的开关元件3-4～3-6被顺序开通，在连接用端子X2的开关元件3-2开通的期间T_x2中，连接用端子Y1～Y3的开关元件3-4～3-6被顺序开通，在连接用端子X3的开关元件3-3开通的期间Tx3中，连接用端子Y1～Y3的开关元件3-4～3-6被顺序开通。

即，在一定的控制周期T中，图2的9个第1加热器6-1至第9加热器6-9按照顺序以时分割方式被驱动，这时，各个加热器6-1～6-9的开通时间被控制，以成为与来自温度调节器2的操作量对应的占空比。另外，在该实施方式中，控制周期T例如是10秒左右。

下面，说明在加热板1的检测温度(PV)有局部接近设定温度的上述过渡期间T2中的控制。

在该过渡期间T2中，以多个加热器构成的组进行驱动，根据作为9通道的操作量的合计的合计操作量，减少构成组的加热器的数目，并且，在要驱动的加热器中，以温度最低的通道、即操作量最大的通道的加热器为中心进行驱动。

具体地说，在合计操作量成为600％以下时，以6个加热器的组进行驱动，对每6个加热器进行扫描，并且，以温度最低的通道、即操作量最大的通道的加热器为中心进行扫描。进而，在合计操作量成为400％以下时，以4个加热器的组进行驱动，对每4个加热器进行扫描，并且，以操作量最大的通道的加热器为中心进行扫描。进而，在合计操作量成为200％以下时，以2个加热器的组进行驱动，对每2个加热器进行扫描，并且，以操作量最大的通道的加热器为中心进行扫描。合计操作量为100％以下的状态是上述的稳定状态，按照顺序以时分割方式驱动一个加热器。

在这样的过渡期间中，根据合计操作量，以6个加热器为一组，4个加热器为一组，或者以2个加热器为一组进行驱动并扫描，并且进行扫描使得温度最低、操作量最大的通道的加热器成为中心。

图5(a)表示加热板1的平均温度与各个通道之间的最大温度差，图5(b)表示9通道的合计操作量。

在合计操作量为900％至600％的区间A中，如图6(a)所示，驱动9个加热器6-1～6-9的全部，并根据操作量控制占空比。另外，在图6中，用斜线表示正在被驱动的加热器。

在合计操作量为600％至100％的区间B中，如上所述，根据合计操作量，以6个加热器为一组，4个加热器为一组，或者以2个加热器为一组进行驱动并扫描，并且以温度最低、操作量最大的通道的加热器为中心进行扫描。例如，在合计操作量为400％至200％的区间中，驱动4个加热器的组，例如，如图6(b)所示那样，驱动4个加热器6-1、6-2、6-4、6-5。

这样，在以4个加热器为一组进行驱动时，例如，如图7(a)所示，开通连接用端子X1、X2以及连接用端子Y1、Y2的开关元件3-1、3-2、3-4、3-5，驱动左上角的4个加热器6-1、6-2、6-4、6-5，接着，如图7(b)所示进行扫描，以选择连接用端子X1、X2以及连接用端子Y2、Y3的开关元件3-1、3-2、3-5、3-6从而驱动右上角的4个加热器6-2、6-3、6-4、6-5，并且进行扫描使得包含温度最低且操作量最大的通道的加热器、例如加热器6-2。图8表示这时的驱动信号。

在以6个、4个或者2个加热器为一组进行驱动时，根据操作量控制占空比。

在合计操作量为100％以下的区间C中，如图6(c)所示，顺序驱动一个加热器。

如上所述，在输出设备5中，基于来自温度调节器2的9通道的操作量，控制开关元件3-1～3-6的开通和关闭，从而选择性地驱动加热器6-1～6-9。

另外，加热器6-1～6-9的上述驱动定时只不过是一例，能够根据所要求的精度而任意选择驱动的定时。

这样，通过在第1电力线L1-1～L1-3和第2电力线L2-1～L2-3之间矩阵连接各个加热器6-1～6-9，并选择性地驱动各个加热器6-1～6-9，与图29、图30的以往例子相比，能够将电力线数目从18条减少至6条，并且，能够将开关元件的个数从9个减少至6个。由此，在加热板1和输出设备5之间用于围绕线直径大的电力线的空间设计和布线作业变得简单。

如上所述，在选择9个加热器中的任意一个进行驱动时，不仅是在选择的加热器中，在周围的加热器中也会产生漏电流的环绕。

图9是用于说明该电流的环绕的图，在该图9中表示，开通与连接用端子X2、Y2对应的开关元件3-2、3-5，从而选择加热板1的中央的第5加热器6-5进行驱动的例子。为了简化而采用直流电源来表示。

在第5加热器6-5中如箭头P1所示那样流过电流，并且在周围的加热器中也因电流的环绕而产生多个环，例如在第6、第9、第8加热器6-6、6-9、6-8中，如箭头P2所示那样产生电流的环绕。

如图10所示，这样的电流环绕成为构成加热器的电阻的串联连接，电阻值成为选择的加热器的电阻值的2～3倍，因此，环绕的电流值成为流过选择的加热器的电流值的1/3～1/2，发热量成为选择的加热器的发热量的1/9～1/4。

若考虑各个加热器之间的热干扰，则这样的1/9～1/4的发热是较少的量，是可以忽略的程度。关于加热器之间的干扰，根据本申请发明人的实验(南野郁夫(2007)「熱プロセスの均一温度制御に関する研究」熊本大学大学院自然科学研究科 博士論文)，例如在3mm的铝基板上，相隔60mm的两个点的加热器之间的干扰为86％，上述1/9(11％)～1/4(25％)是可忽略的程度的较小的值。

(实施方式2)

图11是表示测量加热板10的温度从而输出操作量的温度调节器的结构的图，图12是表示将测温电阻作为在图11的加热板10上配设的温度传感器时的测温电阻的布线结构的图。

在该实施方式中，如图12所示，在加热板10上配设了9个4线式的第1～第9测温电阻11-1～11-9，作为检测加热板10的温度的温度传感器。

为了连接到温度调节器的传感器输入电路12，第1～第9测温电阻11-1～11-9矩阵连接在行方向的3条第1信号线S1-1～S1-3和列方向的3条第2信号线S2-1～S2-3之间。

即，第1～第3测温电阻11-1～11-3的各自一端与上侧行方向的第1信号线S 1-1连接，各自另一端与3条列方向的第2信号线S2-1～S2-3分别连接。此外，第4～第6测温电阻11-4～11-6的各自一端与中间行方向的第1信号线S1-2连接，各自另一端与3条列方向的第2信号线S2-1～S2-3分别连接。进而，第7～第9测温电阻11-7～11-9的各自一端与下侧行方向的第1信号线S1-3连接，各自另一端与3条列方向的第2信号线S2-1～S2-3分别连接。

此外，为了连接到温度调节器的恒流源13，第1～第9测温电阻11-1～11-9矩阵连接在行方向的3条第1布线M1-1～M1-3和列方向的3条第2布线M2-1～M2-3之间。

从加热板1引出的3条行方向的第1信号线S1-1～S1-3的各个连接用端子X1～X3以及3条行方向的第1布线M1-1～M1-3的各个连接用端子X1’～X3’，如图11所示那样，分别经由作为温度调节器的多个第1开关部件的由继电器等构成的3个开关元件14-1～14-3，连接到传感器输入电路12或者恒流源13的一端。此外，从加热板1引出的3条列方向的第2信号线S2-1～S2-3的各个连接用端子Y1～Y3以及3条列方向的第2布线M2-1～M2-3的各个连接用端子Y1’～Y3’，分别经由作为温度调节器的多个第2开关元件的由继电器等构成的3个开关元件14-4～14-6，连接到传感器输入电路12或者恒流源13的另一端。

各个开关元件14-1～14-6分别具有两个触点，联动地开通关闭。即，第1信号线S1-1和第1布线M1-1连接的开关元件14-1的两个触点联动地开通关闭，并且，第1信号线S 1-2和第1布线M1-2连接的开关元件14-2的两个触点联动地开通关闭，进而，第1信号线S1-3和第1布线M1-3连接的开关元件14-3的两个触点联动地开通关闭。

同样地，第2信号线S2-1和第2布线M2-1连接的开关元件14-4的两个触点联动地开通关闭，并且，第2信号线S2-2和第2布线M2-2连接的开关元件14-5的两个触点联动地开通关闭，进而，第2信号线S2-3和第2布线M2-3连接的开关元件14-6的两个触点联动地开通关闭。

因此，通过开通开关元件14-1～14-3的任一个和开关元件14-4～14-6的任一个，对应的测温电阻中会流过恒流，并且能够测量两端的电压而测量温度。

这样的开关元件14-1～14-6的开通关闭控制，通过温度调节器的选择部件15按照时分割方式进行。

即，选择部件15基于来自定时器部件16的定时器输出，控制开关元件14-4～14-6的开通关闭，如图13所示那样，从与第1通道CH1对应的第1测温电阻11-1至与第9通道CH9对应的第9测温电阻11-9顺序流过恒流，从而将两端的电压顺序引入传感器输入电路12。以一定的周期Ts重复这一操作。

被顺序引入到传感器输入电路12的来自各个测温电阻11-1～11-9的输入，基于来自定时器部件16的定时器输出，与选择部件15的选择同步地，作为各个通道CH1～CH9的检测温度PV1～PV9，通过切换部件17顺序提供给对应的通道的PID控制单元18-1～18-9。

即，在通过选择部件15选择了与第1通道CH1对应的第1测温电阻11-1时，切换部件17将来自传感器输入电路12的输入提供给与第1通道CH1对应的PID控制单元18-1，在通过选择部件15选择了与第2通道CH2对应的第2测温电阻11-2时，切换部件17将来自传感器输入电路12的输入提供给与第2通道CH2对应的PID控制单元18-2，以下，顺序提供给各个通道的PID控制单元。

选择部件15、切换部件17以及PID控制单元18-1～18-9等，例如通过微型计算机构成。

在以往，4线式的测温电阻需要用于连接到传感器输入电路的信号线2条，用于连接到恒流源的布线2条，共计4条，在使用9个测温电阻的情况下，用于连接到传感器输入电路的信号线合计需要18条，用于连接到恒流源的布线合计需要18条，而相对在该实施方式那样，将第1～第9测温电阻11-1～11-9矩阵连接到，行方向的3条第1信号线S1-1～S1-3和列方向的3条第2信号线S2-1～S2-3之间，以及行方向的3条第1布线M1-1～M1-3和列方向的3条第2布线M2-1～M2-3之间，通过选择各个测温电阻从而测量其温度，能够将用于连接到传感器输入电路12的信号线的合计条数减少至6条，将用于连接到恒流源13的布线的合计条数减少至6条。

另外，可以将该实施方式的温度测量应用到上述的图1的实施方式的温度测量中。

由这样的测温电阻构成的传感器的情况下，也会与上述的加热器同样地产生电流的环绕。

例如，如图14所示，开通与连接用端子X2’、Y2’对应的开关元件14-2、14-5，选择加热板10的中央的第5测温电阻11-5而从恒流源13流过电流时，在第5测温电阻11-5中如箭头P1所示那样流过电流，并且在周围的测温电阻中也会产生由电流的环绕形成的多个环，例如在第6、第9、第8测温电阻11-6、11-9、11-8中如箭头P2所示那样产生电流的环绕。

如图15所示，这样的电流环绕成为测温电阻的并联和串联的连接。在将选择的测温电阻的电阻值R₁和其他测温电阻的电阻值R₂设为相等时，整体的电阻值Rx将会如后述那样减小大约44％，因此通过将电流值提高相当于44％地设定，能够与以往同样地测量温度。

下面，说明电阻值因形成环绕而减小大约44％的理由。

现在，如图16(a)所示那样，假设矩阵连接9个电阻A～I，在端子X2和端子Y2之间施加电压从而在中央的电阻I中流过电流的情况。

这时，如图16(b)所示那样，将电阻A～I的连接通过以下3层状态来表现，即左右的电阻A、B的两个并联、4个角上的电阻C、D、E、F的4个并联、以及上下的电阻G、H的两个并联。若设各个电阻A～H的电阻值相同，则即使连接各层也不会有电压变化，因此假定将其连接。

在作为两个并联(电阻值R₂/2)、4个并联(电阻值R₂/4)和两个并联(电阻值R₂/2)的串联来计算时，合成电阻Rx为，

Rx＝{R₁·(5/4)·R₂}/{R₁+(5/4)·R₂}

  ＝R₁-{4R² ₁/(4R₁+5R₂)}

  ＝R₁{1-(4/9)}，

电阻值大约减小44％。

从而，如上所述，通过将电流值提高相当于44％地设定，能够与以往同样地测量温度。

在上述的各个实施方式中，使用由电阻构成的加热器以及传感器，下面说明优选这样的电阻的理由。

以电阻以外的热电换能作为原理的热电换能元件，在将其设为矩阵构造时，无法进行局部的加热或测量。

例如，基于图17说明采用珀耳帖元件来代替电阻加热器的情况。在加热板1上，矩阵连接了9个第1～第9珀耳帖元件19-1～19-9。在将连接用端子X2、Y2连接到电源，从而驱动中央的第5珀耳帖元件19-5时，如图18(a)所示那样，由于环绕，热电动势大致相等，因此可以视为3层的串并联连接。

其中，4个并联的珀耳帖元件和2个并联的珀耳帖元件的电势抵消，即，一方面由电动势(电)产生温度差(热)，相对地，另一方面由温度差(热)产生电动势(电)，从而相互抵消，结果，如图18(b)所示那样，大致等于对中央的第5珀耳帖元件19-5并联连接了2个珀耳帖元件，虽然本想让一个珀耳帖元件发热，却成为使包含周围的珀耳帖元件的整体发热，控制较为困难。

这里，说明3层的并串联连接。

在加热板整体的温度与室温相比相对接近的情况下，例如，如图19(a)所示，S21和S23的热电换能元件的电压大致相等，S12和S32的热电换能元件的电压也大致相等，因此可以设为如图19(b)所示那样连接着，结果，如图19(c)所示那样，环绕产生的电路环等价于将电池并联后串联3组。即，能够置换成3层的并串联连接。

下面，基于图20说明采用热电偶来代替测温电阻的情况。在加热板10上，作为温度传感器，矩阵连接了9个第1～第9热电偶20-1～20-9。在选择中央的第5热电偶20-5进行测量的情况下，由于环绕，X2和Y2之间的电路环，其热电动势大致相等，因此如图21(a)所示那样，可以视为3层的并串联连接。在该并串联连接中，由于4个并联的热电偶和2个并联的热电偶的电势抵消，因此如图21(b)所示那样，成为3个热电偶的并联连接，检测平均的温度。

因此，无论测量哪个组合的端子，几乎都会是相同的测量值，无法进行局部的温度测量。

这样，在矩阵连接中，使用珀耳帖元件或热电偶等双方向地变换电和温度差的热电换能元件比较困难。

(实施方式3)

图22是本发明其他实施方式的温度控制系统的概略结构图，是与上述的图1对应的图。

如上所述，在选择9个加热器6-1～6-9的任一个进行驱动时，不仅是选择的加热器，在周围的加热器中也会产生漏电流的环绕，从而发热。

这样，为了将在选择的加热器以外的周围的加热器中因漏电流引起的发热作为干扰来捕获，并消除因该漏电流引起的发热，谋求非干扰化。

即，在该实施方式中，温度调节器2-1具有PID控制单元21，其基于来自在加热板1上配设的未图示的9个温度传感器的检测温度(PV)和设定温度的偏差，运算相当于9通道的操作量，并且，温度调节器2-1还具有非干扰化装置22，其变换来自PID控制单元21的相当于9通道的操作量MVa，以消除漏电流引起的干扰，温度调节器2-1将非干扰化后的操作量MVa提供给输出设备5。其他结构与上述的实施方式1相同。

为了设计非干扰化器22，需要预先估算由漏电流引起的发热的程度。图23(a)表示矩阵连接9个加热器A～I，在连接用端子X2和连接用端子Y2之间施加电压从而驱动中央的加热器I的情况。

这时，为了简化计算，如图23(b)所示那样，将加热器A～I的连接通过以下3层的状态来表现，即左右的加热器A、B的两个并联、4个角上的加热器C、D、E、F的4个并联、以及上下的加热器G、H的两个并联。若设各个加热器A～I的电阻值相同，则即使连接各层也不会有电压变化，因此假定将其连接。

在作为两个并联、4个并联和两个并联的串联来计算时，由选择的加热器I产生的发热量P为，

P＝E²/R

由两个并联的加热器A、B、G、H产生的发热量P_A、P_B、P_G、P_H为，

P_A＝P_B＝P_G＝P_H＝4E²/25R

由4个并联加热器C、D、E、F产生的发热量P_C、P_D、P_E、P_F为，

P_C＝P_D＝P_E＝P_F＝E²/25R。

由此，对全部通道计算由各个通道之间的漏电流引起的干扰，求下列表示干扰程度的干扰矩阵(1)。

[数1]

$\left[\begin{array}{ccccccccc}1& 4/25& 4/25& 4/25& 1/25& 1/25& 4/25& 1/25& 1/25\\ 4/25& 1& 4/25& 1/25& 4/25& 1/25& 1/25& 4/25& 1/25\\ 4/25& 4/25& 1& 1/25& 1/25& 4/25& 1/25& 1/25& 4/25\\ 1/25& 1/25& 1/25& 1& 4/25& 4/25& 4/25& 1/25& 1/25\\ 1/25& 4/25& 1/25& 4/25& 1& 4/25& 1/25& 4/25& 1/25\\ 1/25& 1/25& 4/25& 4/25& 4/25& 1& 1/25& 1/25& 4/25\\ 4/25& 1/25& 1/25& 4/25& 1/25& 1/25& 1& 4/25& 4/25\\ 1/25& 4/25& 1/25& 1/25& 4/25& 1/25& 4/25& 1& 4/25\\ 1/25& 1/25& 4/25& 1/25& 1/25& 4/25& 4/25& 4/25& 1\end{array}\right]...\left(1\right)$

将用于消除这一干扰的非干扰化矩阵(2)，作为上述的干扰矩阵(1)的逆矩阵如下求出。

[数2]

$\left[\begin{array}{ccccccccc}1.09& -0.1& -0.1& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01\\ -0.1& 1.09& -0.1& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01\\ -0.1& -0.1& 1.09& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1\\ -0.1& 0.01& 0.01& 1.09& -0.1& -0.1& -0.1& 0.01& 0.01\\ 0.01& -0.1& 0.01& -0.1& 1.09& -0.1& 0.01& -0.1& 0.01\\ 0.01& 0.01& -0.1& -0.1& -0.1& 1.09& 0.01& 0.01& -0.1\\ -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& 1.09& -0.1& -0.1\\ 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& -0.1& 1.09& -0.1\\ 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& -0.1& -0.1& 1.09\end{array}\right]...\left(2\right)$

在温度调节器2-1的非干扰化器22中，使用来自PID控制单元21的操作量MVa(MVa₁～MVa₉)和上述逆矩阵(2)，如下述那样，变换为非干扰化后的操作量MVb(MVb₁～MVb₉)。

[数3]

$\left[\begin{array}{c}{\mathrm{MV}}_{b1}\\ {\mathrm{MV}}_{b2}\\ {\mathrm{MV}}_{b3}\\ {\mathrm{MV}}_{b4}\\ {\mathrm{MV}}_{b5}\\ {\mathrm{MV}}_{b6}\\ {\mathrm{MV}}_{b7}\\ {\mathrm{MV}}_{b8}\\ {\mathrm{MV}}_{b9}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccccccccc}1.09& -0.1& -0.1& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01\\ -0.1& 1.09& -0.1& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01\\ -0.1& -0.1& 1.09& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1\\ -0.1& 0.01& 0.01& 1.09& -0.1& -0.1& -0.1& 0.01& 0.01\\ 0.01& -0.1& 0.01& -0.1& 1.09& -0.1& 0.01& -0.1& 0.01\\ 0.01& 0.01& -0.1& -0.1& -0.1& 1.09& 0.01& 0.01& -0.1\\ -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& 1.09& -0.1& -0.1\\ 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& -0.1& 1.09& -0.1\\ 0.01& 0.01& -0.1& 0.01& 0.01& -0.1& -0.1& -0.1& 1.09\end{array}\right]\×\left[\begin{array}{c}{\mathrm{MV}}_{a1}\\ {\mathrm{MV}}_{a2}\\ {\mathrm{MV}}_{a3}\\ {\mathrm{MV}}_{a4}\\ {\mathrm{MV}}_{a5}\\ {\mathrm{MV}}_{a6}\\ {\mathrm{MV}}_{a7}\\ {\mathrm{MV}}_{a8}\\ {\mathrm{MV}}_{a9}\end{array}\right]$

另外，非干扰化器也可以不设置在温度调节器中，而是设置在输出设备侧。

(其他实施方式)

在上述的实施方式1中，虽然将用于选择要驱动的加热器的选择部件内置于输出设备5中，但作为本发明的其他实施方式，如图24所示，也可以将选择部件内置于温度调节器2-2，通过来自该温度调节器2-2的驱动信号，控制内置了开关元件的输出设备5-1、5-2。

在上述的各实施方式中，虽然矩阵连接了加热板的加热器，但也可以将多个加热器作为一列或者一行来连接，例如，如图25所示，将3个加热器6-1～6-3连接成一列，将各个加热器6-1～6-3的各自一端的共用电力线的连接用端子X1、X2、X3，如图26所示那样分别经由开关元件3-1～3-3连接到电源4的一端，另一方面，将公共连接了各个加热器6-1～6-3的各自另一端的连接用端子Y连接到电源4的另一端。

在上述的实施方式1中，各个加热器6-1～6-9虽然全部都矩阵连接，但作为本发明的其他实施方式，也可以如图27所示那样，至少一部分加热器，例如难以加热、容易过热的中央的加热器6-5不采用矩阵连接，而是单独驱动，从而提高控制性能。

进而，也可以如图28所示那样，例如在16个加热器6-1～6-16的情况下，例如对于中央的4个加热器6-6、6-7、6-10、6-11，另外设置行方向的第1电源线以及列方向的第2电源线。

本发明对于多通道的控制有用。

Claims (13)

1.一种布线结构，将多个加热器连接到电源，该布线结构的特征在于，

在多个第1电力线和多个第2电力线之间，矩阵连接了多个加热器，所述多个第1电力线分别经由多个第1开关部件连接到所述电源，另一方面，所述多个第2电力线分别经由多个第2开关部件连接到所述电源，

通过所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述电源的加热器。

2.如权利要求1所述的布线结构，其中，

所述加热器由电阻构成。

3.一种布线结构，将多个传感器连接到传感器输入电路，该布线结构的特征在于，

在多个第1信号线和多个第2信号线之间，矩阵连接了多个传感器，所述多个第1信号线分别经由多个第1开关部件连接到所述传感器输入电路，另一方面，所述多个第2信号线分别经由多个第2开关部件连接到所述传感器输入电路，通过所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述传感器输入电路的传感器。

4.如权利要求3所述的布线结构，其中，

所述传感器由电阻构成。

5.一种加热器驱动装置，具有权利要求1所述的布线结构，所述加热器驱动装置的特征在于，包括：

选择部件，通过控制所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述电源的加热器。

6.一种测量装置，具有所述权利要求3所述的布线结构，所述测量装置的特征在于，包括：

选择部件，通过控制所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，选择连接到所述传感器输入电路的传感器。

7.一种控制系统，其特征在于，具有权利要求5所述的加热器驱动装置。

8.一种控制系统，其特征在于，具有权利要求6所述的测量装置。

9.一种控制系统，对配设了多个加热器的控制对象的温度进行控制，所述控制系统的特征在于，

在多个第1电力线和多个第2电力线之间，矩阵连接了多个加热器，所述多个第1电力线分别经由多个第1开关部件连接到所述电源，另一方面，所述多个第2电力线分别经由多个第2开关部件连接到所述电源，

所述控制系统包括：

温度控制部件，基于来自检测所述控制对象的温度的多个温度传感器的检测温度和设定温度，输出操作量；以及

第1选择部件，基于来自所述温度控制部件的操作量，控制所述第1开关部件以及所述第2开关部件的开关，从而选择要驱动的加热器。

10.如权利要求9所述的控制系统，其中，

所述加热器由电阻构成。

11.如权利要求9所述的控制系统，还包括：

非干扰化部件，变换来自所述温度控制部件的操作量后提供给所述选择部件，以消除由所述选择部件选择的加热器以外的加热器中流过的电流引起的发热。

12.如权利要求9所述的控制系统，其特征在于，

对所述控制对象又配设了多个温度传感器，

在多个第1信号线和多个第2信号线之间，矩阵连接了所述多个温度传感器，所述多个第1信号线分别经由多个第3开关部件连接到传感器输入电路，另一方面，所述多个第2信号线分别经由多个第4开关部件连接到所述传感器输入电路，

所述控制系统包括：

第2选择部件，控制所述第3开关部件以及所述第4开关部件的开关，从而选择连接到所述传感器输入电路的温度传感器；以及

切换部件，切换经由所述传感器输入电路所提供的来自温度传感器的输入，从而将其提供给所述温度控制部件中与各个温度传感器对应的多个温度控制部件，

所述温度控制部件基于来自所述切换部件的温度传感器的输入和设定温度，控制所述第2选择部件。

13.如权利要求12所述的控制系统，其中，

所述温度传感器由电阻构成。

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