JP2000193533A - サ―ミスタ監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーミスタの断線や短絡、監視制御部から制
御信号が適正に出力されないことや、サーミスタからの
情報が監視制御部に入力されないことに起因して生じた
異常状態を検出して、サーミスタ監視の信頼性を高め
る。 【解決手段】 並列接続した第１プルアップ抵抗２ａと
第２プルアップ抵抗２ｂの合成抵抗値をサーミスタ３の
プルアップ抵抗値とした高温領域検知状態で検出したサ
ーミスタ３の両端電圧をＡ／Ｄ変換手段８でＡ／Ｄ変換
したＡ／Ｄ値１と、第１プルアップ抵抗２ａの抵抗値を
サーミスタ３のプルアップ抵抗値とした低温領域検知状
態で検出したサーミスタ３の両端電圧をＡ／Ｄ変換手段
８でＡ／Ｄ変換したＡ／Ｄ値２との差であるＡ／Ｄ差
が、異常判定値Ｘ１よりも小さい場合に、異常状態判定
手段１０が異常状態であると判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度変化に伴って
抵抗値が変化するサーミスタの両端電圧を検出して、サ
ーミスタの温度を監視するサーミスタ監視装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、熱に敏感な抵抗体であるサー
ミスタ（Ｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ：Thermally Sensitive
Resitor ）は、温感素子として自動給湯器における湯温
やヒータ等の温度を監視するために用いられている。な
お、負の温度係数を有するＮＴＣサーミスタを一般にサ
ーミスタと呼んでいる。

【０００３】サーミスタを用いた温度の監視方法として
は、サーミスタの一側をアースに、他側はプルアップ抵
抗を介して電源に接続し、サーミスタの両端電圧をマイ
コン等で構成した監視装置で監視するものが一般的で、
温度変化に伴うサーミスタの抵抗変化を電圧変化として
検出する監視装置は、その両端電圧に対応するサーミス
タの温度を求めるのである。

【０００４】なお、負の温度係数を有するサーミスタ
は、低温領域では抵抗値が大きく、高温領域では抵抗値
が小さくなる性質を有しているため、低温領域ではプル
アップ抵抗の抵抗値を大きく、高温領域ではプルアップ
抵抗の抵抗値を小さくすることが、監視精度の向上に大
きく関わるため、低温領域と高温領域とでプルアップ抵
抗の抵抗値を変化させることが可能なサーミスタ監視装
置も提案されている。

【０００５】図３は、上述した如き、従来のプルアップ
抵抗可変型のサーミスタ監視装置３０の概略構成を示す
もので、並列に接続される第１プルアップ抵抗３１と第
２プルアップ抵抗３２を介してサーミスタ３３に直流電
源３４より給電されると共に、サーミスタ３３の非アー
ス側が監視制御部３５の入力ポートＰ１へ入力され、サ
ーミスタ３３の非アース側電位を監視制御部３５で検知
できるようになっている。

【０００６】また、監視制御部３５の出力ポートＰ０か
らは、プルアップ抵抗切換用のオン・オフ信号が出力さ
れており、この信号はＮＰＮディジタルトランジスタ等
で構成されるスイッチング素子３６のベースに入力され
る。すなわち、第２プルアップ抵抗３２は、スイッチン
グ素子３６を介して第１プルアップ抵抗３１と並列に接
続されているので、監視制御部３５の出力ポートＰ０が
オフの場合は、第２プルアップ抵抗３２へ通電されない
ことから第１プルアップ抵抗３１の抵抗値がサーミスタ
３３のプルアップ抵抗値となり、監視制御部３５の出力
ポートＰ０がオンの場合は、第１プルアップ抵抗３１と
第２プルアップ抵抗３２との並列抵抗値がサーミスタ３
３のプルアップ抵抗値となるのである。

【０００７】従って、プルアップ抵抗値の高い方が望ま
しい低温領域では、監視制御部３５の出力ポートＰ０を
オフとすることで、第１プルアップ抵抗３１の抵抗値を
サーミスタ３３のプルアップ抵抗値とし、プルアップ抵
抗値の低い方が望ましい高温領域では、監視制御部３５
の出力ポートＰ０をオンとすることで、第１プルアップ
抵抗３１と第２プルアップ抵抗３２の合成抵抗値をサー
ミスタ３３のプルアップ抵抗値とすることが可能とな
る。このように、計測温度領域に応じた適宜なプルアッ
プ抵抗値を選択することで、低温領域および高温領域の
いずれでも精度の高い監視を行うことができる。

【０００８】なお、監視制御部３５は、ワンチップ・マ
イクロコンピュータ等を用いて作ることができ、サーミ
スタ３３の基本特性や検知温度範囲等に応じて、制御プ
ログラムや制御用データ等をＲＯＭに記憶させておけば
よい。このとき、監視制御部３５に８ビットのＣＰＵを
使用する場合、監視制御部３５の入力ポートＰ１より入
力されるサーミスタ３３の両端電圧をＡ／Ｄ変換して量
子化する時、その分解能は２⁸ ＝２５６で、“０”〜
“２５５”の範囲となる。従って、この“０”〜“２５
５”の範囲をサーミスタ３３の検出可能な温度範囲（抵
抗変化に伴う電圧値）に割り振ることで、サーミスタ３
３の両端電圧を変換したＡ／Ｄ値と温度情報とが関連付
けられ、サーミスタ３３の検出温度を判定することがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たようなマイクロコンピュータ等で監視制御部を構成し
たサーミスタ監視装置においては、サーミスタの検出温
度が監視範囲を外れた場合には異常と判定できるもの
の、サーミスタが断線もしくは短絡したような場合（監
視制御部の検出電圧が電源電位やアース電位と等レベル
であった場合）には、検出可能な最低温度もしくは最高
温度と誤認する可能性があり、異常判定の確実性に不安
がある。

【００１０】その理由は、監視制御部であるマイクロコ
ンピュータでは、一般に、検知レベルに誤差が生ずるこ
とは否めず、８ビットマイコンではＡ／Ｄ値に約３の誤
差が混入するため、サーミスタの断線検知をＡ／Ｄ値２
５５付近に、サーミスタの短絡検知をＡ／Ｄ値０付近に
設定していた場合、マイクロコンピュータの読み取り誤
差によって誤検知してしまうのである。

【００１１】なお、このような誤検知を防止するために
は、監視可能温度範囲の低域レベルよりもサーミスタの
断線検知レベルを下げたり、或いは、監視可能温度範囲
の高域レベルよりもサーミスタの短絡検知レベルを上げ
たりしなければならず、結果的に、サーミスタの監視可
能温度範囲を狭めなければならない。

【００１２】加えて、上記のような従来構成のサーミス
タ監視装置においては、プルアップ抵抗値の可変制御に
用いる出力ポートやサーミスタの電圧検出に用いる入力
ポートが、断線等で開放状態になっていても、これを検
出する術がない。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に係るサーミスタ監視装置は、温度変化に
伴って抵抗値が変化するサーミスタの両端電圧を検出し
て、サーミスタの温度を監視するサーミスタ監視装置
（１）において、サーミスタの素子特性に依存して生ず
る高温領域の温度検知に適した抵抗値のプルアップ抵抗
（例えば、第１プルアップ抵抗２ａと第２プルアップ抵
抗２ｂとを並列接続してなる合成抵抗）をサーミスタに
接続した高温領域検知状態と、低温領域の温度検知に適
した抵抗値のプルアップ抵抗（例えば、第１プルアップ
抵抗２ａ）をサーミスタに接続した低温領域検知状態
と、を切り換え制御可能な検知状態切換手段（例えば、
スイッチ素子６および監視制御部５のプルアップ抵抗切
換制御手段７）と、サーミスタの温度変化を無視し得る
程度の短時間内に高温領域検知状態と低温領域検知状態
とで各々計測したサーミスタの両端電圧の差が、サーミ
スタの素子特性に基づいて予め定めた異常判定値よりも
小さい場合に、サーミスタによる正常な温度検出が行わ
れていない異常状態であると判定する異常状態判定手段
（１０）と、を備えるものとした。

【００１４】従って、請求項１に係るサーミスタ監視装
置においては、サーミスタの短絡もしくは断線が生じた
場合には、高温領域検知状態での検出電圧も低温領域検
知状態での検出電圧もほぼ同レベルになることから両検
出電圧の差が極めて小さくなるので、この電圧差が所定
の異常判定値よりも小さい場合を、異常状態として判定
することができる。

【００１５】また、検知状態切換手段によるプルアップ
抵抗の適正な切換が行われずに高温領域検知状態と低温
領域検知状態とが同じ抵抗値で測定されたり、サーミス
タの両端電圧の検出信号路が断線する等して異常状態判
定手段へサーミスタの両端電圧が適正に入力されなかっ
た場合においても、高温領域検知状態での検出電圧と低
温領域検知状態での検出電圧がほぼ同レベルになること
から両検出電圧の差が極めて小さくなり、この電圧差が
所定の異常判定値よりも小さい場合を、異常状態として
判定することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係るサーミスタ監
視装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明す
る。

【００１７】サーミスタ監視装置１の概略構成を示すも
ので、並列に接続される第１プルアップ抵抗２ａと第２
プルアップ抵抗２ｂを介してサーミスタ３に直流電源４
より給電されると共に、サーミスタ３の非アース側が監
視制御部５の入力ポートＰ１へ入力され、サーミスタ３
の非アース側電位を監視制御部５で検知できるようにな
っている。

【００１８】また、監視制御部５の出力ポートＰ０から
は、プルアップ抵抗切換用のオン・オフ信号が出力され
ており、この信号はＮＰＮディジタルトランジスタ等で
構成されるスイッチング素子６のベースに入力される。
すなわち、第２プルアップ抵抗２ｂは、スイッチング素
子６を介して第１プルアップ抵抗２ａと並列に接続され
ているので、監視制御部５の出力ポートＰ０がオフの場
合は、第２プルアップ抵抗２ｂへ通電されないことから
第１プルアップ抵抗２ａの抵抗値がサーミスタ３のプル
アップ抵抗値となり、監視制御部５の出力ポートＰ０が
オンの場合は、第１プルアップ抵抗２ａと第２プルアッ
プ抵抗２ｂとの並列抵抗値がサーミスタ３のプルアップ
抵抗値となるのである。

【００１９】従って、プルアップ抵抗値の高い方が望ま
しい低温領域では、監視制御部５のプルアップ抵抗切換
制御手段７が出力ポートＰ０をオフとすることで、第１
プルアップ抵抗２ａの抵抗値をサーミスタ３のプルアッ
プ抵抗値とし、プルアップ抵抗値の低い方が望ましい高
温領域では、監視制御部５のプルアップ抵抗切換制御手
段７が出力ポートＰ０をオンとすることで、第１プルア
ップ抵抗２ａと第２プルアップ抵抗２ｂの合成抵抗値を
サーミスタ３のプルアップ抵抗値とすることが可能とな
る。

【００２０】すなわち、本実施形態においては、プルア
ップ抵抗切換制御手段７とスイッチング素子６とが協働
することで、「サーミスタ３の素子特性に依存して生ず
る高温領域の温度検知に適した抵抗値のプルアップ抵抗
（第１プルアップ抵抗２ａと第２プルアップ抵抗２をの
並列接続した合成抵抗）をサーミスタ３に接続した高温
領域検知状態と、低温領域の温度検知に適した抵抗値の
プルアップ抵抗（第１プルアップ抵抗２ａ）をサーミス
タ３に接続した低温領域検知状態と、を切り換え制御可
能な検知状態切換手段」として機能するのである。

【００２１】また、監視制御部５の入力ポートＰ１より
入力されるサーミスタ３の両端電圧は、監視制御部５の
Ａ／Ｄ変換手段８によってディジタルデータに変換され
た後に、サーミスタ温度判定手段９へ供給されるものと
してあり、このサーミスタ温度判定手段９によって検出
温度が判定されるのものとしてある。なお、本実施形態
においては、Ａ／Ｄ変換手段８の分解能を２⁸ ＝２５６
とし、サーミスタ３による温度検出範囲（例えば、３０
℃〜３１０℃）とＡ／Ｄ値“０”〜“２５５”との対応
テーブルを予め記憶させたサーミスタ温度判定手段９に
より、検出されたＡ／Ｄ値に基づくサーミスタ３の検出
温度を判定するのである。

【００２２】なお、図１に示す本実施形態のサーミスタ
監視装置１では、サーミスタ温度判定手段９によって判
定されたサーミスタ３の温度は、監視制御部５の出力ポ
ートＰ２から温度信号として取り出せるものとしてあ
り、この温度信号は、サーミスタ内蔵機器（瞬間湯沸器
など）の温度制御に利用されたり、温度情報の報知に利
用したりする。また、サーミスタ監視装置を独立した装
置としてサーミスタ内蔵機器へ設置するのではなく、サ
ーミスタ監視装置の各種機能をサーミスタ内蔵機器の制
御機能に内包させるような構成としても良い。

【００２３】しかして、サーミスタ３による温度検出
は、プルアップ抵抗切換制御手段７およびスイッチング
素子６によってプルアップ抵抗値を異ならしめた高温領
域検知状態と低温領域検知状態とで、各々異なるＡ／Ｄ
値特性曲線が得られることとなり、この特性を図２に示
す。

【００２４】すなわち、低いプルアップ抵抗値（第１プ
ルアップ抵抗２ａと第２プルアップ抵抗２ｂとの並列抵
抗値）で検出したサーミスタ３の両端電圧をＡ／Ｄ変換
したＡ／Ｄ値１の特性曲線は、高温領域において傾きが
急となっており、温度変化に対するＡ／Ｄ値の増加量が
多いことから、高温領域で精度の高い温度検出を行うこ
とができ、一方、高いプルアップ抵抗値（第１プルアッ
プ抵抗２ａのみの抵抗値）で検出したサーミスタ３の両
端電圧をＡ／Ｄ変換したＡ／Ｄ値２の特性曲線は、低温
領域において傾きが急となっており、温度変化に対する
Ａ／Ｄ値の減少量が多いことから、低温領域で精度の高
い温度検出を行うことができる。

【００２５】なお、上記のようなプルアップ抵抗切換制
御手段７からのオン・オフ信号によるプルアップ抵抗の
切換制御は、例えば、サーミスタ温度判定手段９による
温度判定が所定の温度になったことに基づいてプルアッ
プ抵抗切換制御手段７へプルアップ抵抗の切換を指令し
て行うものとし、該指令を受けることでプルアップ抵抗
切換制御手段７が出力ポートＰ０のオンオフを切り換え
てプルアップ抵抗値を変え、Ａ／Ｄ変換手段８から入力
されたＡ／Ｄ値に基づく温度判定に際して、サーミスタ
温度判定手段９は、切換制御した特性曲線（Ａ／Ｄ値１
もしくはＡ／Ｄ値２の何れか一方）と対応させて、サー
ミスタ３の適正な温度値を判定するものとすれば良い。

【００２６】また、図２においては、高温領域検知状態
で全計測温度範囲の測定を行ったＡ／Ｄ値１と、低温領
域検知状態で全計測温度範囲の測定を行ったＡ／Ｄ値２
との差であるＡ／Ｄ差特性曲線も示してある。図２に示
すＡ／Ｄ差の特性曲線において、サーミスタ３による計
測可能な最低温度３０℃での値をＸ１、サーミスタ３に
よる計測可能な最高温度３１０℃での値をＸ２とする
と、このサーミスタ３の特性では、Ｘ２≧Ｘ１で且つ温
度計測範囲（３０℃〜３１０℃）でＡ／Ｄ差は必ずＸ１
以上であるから、このＸ１よりも低いＡ／Ｄ差が生ずる
のは、異常状態であると判定することができる。

【００２７】上記のような計測異常を判定するべく、本
実施形態においては、監視制御部５に異常状態判定手段
１０を設けるものとして有る。すなわち、この異常状態
判定手段１０は、サーミスタ３の温度変化を無視し得る
程度の短時間内に高温領域検知状態と低温領域検知状態
とで各々計測したサーミスタ３の両端電圧の差（Ａ／Ｄ
差）が、サーミスタ３の素子特性に基づいて予め定めた
異常判定値Ｘ１よりも小さい場合に、サーミスタ３によ
る正常な温度検出が行われていない異常状態であると判
定するのである。

【００２８】なお、異常状態判定手段１０によって判定
できる異常状態とは、サーミスタ３が断線または短絡し
ている状態と、監視制御部５の出力ポートＰ０や入力ポ
ートＰ１の開放状態である。

【００２９】すなわち、サーミスタ３が断線状態にある
場合、入力ポートＰ１から入力される電圧は、高温領域
検知状態でも低温領域検知状態でも直流電源４の電圧に
ほぼ等しくなるため、実測されたＡ／Ｄ値１とＡ／Ｄ値
２とのＡ／Ｄ差は０付近となって、Ｘ１よりも小さいと
いう条件が満たされ、サーミスタ３による正常な温度検
出が行われていない異常状態と判定することが妥当なの
である。

【００３０】また、サーミスタ３が短絡状態にある場
合、入力ポートＰ１から入力される電圧は、高温領域検
知状態でも低温領域検知状態でも接地電位にほぼ等しく
なるため、実測されたＡ／Ｄ値１とＡ／Ｄ値２とのＡ／
Ｄ差は０付近となって、Ｘ１よりも小さいという条件が
満たされ、サーミスタ３による正常な温度検出が行われ
ていない異常状態と判定することが妥当なのである。

【００３１】同様に、監視制御部５の出力ポートＰ０が
開放状態で、スイッチング素子６へオンオフの切換制御
が適正に行われていない場合、高温領域検知状態と低温
領域検知状態との切換制御が適正に行われないため、第
１プルアップ抵抗２ａのみのプルアップ抵抗値に固定さ
れることとなり、入力ポートＰ１からはＡ／Ｄ値１とし
てＡ／Ｄ値２が入力されることで、実測されたＡ／Ｄ値
１とＡ／Ｄ値２とのＡ／Ｄ差は０付近となって、Ｘ１よ
りも小さいという条件が満たされ、サーミスタ３による
正常な温度検出が行われていない異常状態と判定するこ
とが妥当なのである。

【００３２】また、監視制御部５の入力ポートＰ１が開
放状態で、サーミスタ３の両端電圧が適正に入力されな
い場合、高温領域検知状態でも低温領域検知状態でも同
じ電位レベルとなって、実測されたＡ／Ｄ値１とＡ／Ｄ
値２とのＡ／Ｄ差は０付近となって、Ｘ１よりも小さい
という条件が満たされ、サーミスタ３による正常な温度
検出が行われていない異常状態と判定することが妥当な
のである。

【００３３】なお、本実施形態における異常状態判定手
段１０は、例えば、サーミスタ温度判定手段９が温度判
定する毎にＡ／Ｄ差の供給を受けることで、このＡ／Ｄ
差が異常判定値であるＸ１よりも小さいか否かを判定
し、異常状態であると判定した場合にのみ、出力ポート
Ｐ３から異常状態検出信号を出力するものとしてある。
そして、サーミスタ内蔵機器の制御機能部がサーミスタ
監視装置１からの異常状態検出信号を受けることで、異
常発生の報知や動作制限制御などの適宜な処理を行うの
である。

【００３４】また、異常状態判定手段１０は、サーミス
タ温度判定手段９による温度判定を行う毎に状態検出を
行うものに限らず、独自のタイミングで異常判定動作を
行うようにしても良く、異常状態判定に際してのみ、直
接プルアップ抵抗切換制御手段７によるプルアップ抵抗
の切換動作を実行させたり、Ａ／Ｄ変換手段８から直接
Ａ／Ｄ値１とＡ／Ｄ値２を受けて、Ａ／Ｄ差を演算して
異常判定を行うような構成としても良い。ようするに、
異常状態判定手段は、異常状態の判定を行うために必要
となる高温領域検知状態と低温領域検知状態とで各々計
測したサーミスタ３の両端電圧の差をいかにして取得す
るかは特に限定されるものではない。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るサ
ーミスタ監視装置によれば、サーミスタの短絡もしくは
断線が生じた場合や、検知状態切換手段によるプルアッ
プ抵抗の適正な切換が行われずに高温領域検知状態と低
温領域検知状態とが同じ抵抗値で測定されたり、サーミ
スタの両端電圧の検出信号路が断線する等して異常状態
判定手段へサーミスタの両端電圧が適正に入力されなか
った場合には、高温領域検知状態での検出電圧も低温領
域検知状態での検出電圧もほぼ同レベルになることから
両検出電圧の差が極めて小さくなるので、この電圧差が
所定の異常判定値よりも小さい場合を、異常状態として
判定することができ、サーミスタ監視装置の信頼性が極
めて高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係るサーミスタ監視装置の概略
機能ブロック図である。

【図２】高温領域検知状態（プルアップ抵抗値が低い）
でのＡ／Ｄ値１と、低温領域検知状態（プルアップ抵抗
値が高い）でのＡ／Ｄ値２と、Ａ／Ｄ値１とＡ／Ｄ値２
の差であるＡ／Ｄ差の各特性曲線を示す特性線図であ
る。

【図３】従来のサーミスタ監視装置の概略機能ブロック
図である。

【符号の説明】

１ サーミスタ監視装置 ２ａ 第１プルアップ抵抗 ２ｂ 第２プルアップ抵抗 ５ 監視制御部 ６ スイッチ素子 ７ プルアップ抵抗切換制御手段 １０ 異常状態判定手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度変化に伴って抵抗値が変化するサー
   ミスタの両端電圧を検出して、サーミスタの温度を監視
   するサーミスタ監視装置において、 サーミスタの素子特性に依存して生ずる高温領域の温度
   検知に適した抵抗値のプルアップ抵抗をサーミスタに接
   続した高温領域検知状態と、低温領域の温度検知に適し
   た抵抗値のプルアップ抵抗をサーミスタに接続した低温
   領域検知状態と、を切り換え制御可能な検知状態切換手
   段と、 サーミスタの温度変化を無視し得る程度の短時間内に高
   温領域検知状態と低温領域検知状態とで各々計測したサ
   ーミスタの両端電圧の差が、サーミスタの素子特性に基
   づいて予め定めた異常判定値よりも小さい場合に、サー
   ミスタによる正常な温度検出が行われていない異常状態
   であると判定する異常状態判定手段と、 を備えるものとしたことを特徴とするサーミスタ監視装
   置。