JP2001066193A - 熱電対測定信号の評価回路 - Google Patents

熱電対測定信号の評価回路

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JP2001066193A JP2000216462A JP2000216462A JP2001066193A JP 2001066193 A JP2001066193 A JP 2001066193A JP 2000216462 A JP2000216462 A JP 2000216462A JP 2000216462 A JP2000216462 A JP 2000216462A JP 2001066193 A JP2001066193 A JP 2001066193A
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ホルスト・デディオ
Helmut Nigst
ヘルムート・ニグスト
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    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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    • G—PHYSICS
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】経済的な構成部材を使用して要求される精度を
保証する熱電対の測定信号の評価回路を提供する。 【解決手段】本発明は熱電対（Ｓ１）の測定信号を評価
する回路に関し、特に測定信号を増幅する増幅器（Ｕ
１）と増幅された測定信号が入力されるマイクロコント
ローラ（ＭＣ）とを備えた自動車の暖房装置の炎検出器
として使われる熱電対の測定信号を評価する回路に関す
る。この回路は測定周期のポーズの間に前記増幅器の入
力（１５）を短絡するスイッチ（Ｔ２）を備え、マイク
ロコントローラ（ＭＣ）は測定周期のポーズの間に入力
信号が記憶されるメモリを備え、メモリに記憶された信
号を使用して測定信号を評価の前に補正する補正アルゴ
リズムを有する。この方法によって、経済的な演算増幅
器を測定点における温度に関する信頼できる情報を得る
ための増幅器（Ｕ１）として使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は熱電対の測定信号を
評価する回路に関し、特に測定信号を増幅する増幅器と
増幅された測定信号が入力されるマイクロコントローラ
とを備えた自動車の暖房装置の炎検出器として使われる
熱電対の測定信号を評価する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に熱電対測定信号の評価において
は多くの問題が生ずる。マイクロコントローラでミリボ
ルト単位の電圧の測定信号を評価するために、測定信号
をボルト単位の電圧に増幅しなくてはならない。このた
め、要求される評価の精度に基づいて、通常は測定増幅
器等の高価な増幅器が統合された構成部材の形で使用さ
れる。
【０００３】熱電対測定信号の評価における更なる問題
は、熱電対の中断等の故障が高い回路コストなしに検出
することができない事である。もう一つの問題は、熱電
対と制御装置又は増幅器との温度差に依存する熱電対測
定信号は正又は負の電圧を有するが、一般的にマイクロ
コントローラは正の電圧のみを処理することができる事
である。最後に、原則として熱電対では２点の温度差の
みを測定する事ができる。そのため熱電対で絶対的な温
度を測定するためには、複雑な方法を追加しなくてはな
らない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情に鑑みたもので、経済的な構成部材を使用して要求さ
れる精度を保証する、最初に述べたタイプの熱電対の測
定信号の評価回路を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は増幅器の構成に
よる誤差を求めることを必要とし、求められた誤差は熱
電対測定信号の評価においてマイクロコントローラで考
慮され、増幅器の誤差に基づいて補正された測定信号が
評価される。本発明の方法によって熱電対測定信号の増
幅に経済的な欠陥のある増幅器を過去に使われてきた高
価な測定増幅器の代わりに使用することができる。一般
的に経済的で精度の高くない標準的な増幅器は精度の高
い測定増幅器よりもずっと安価であり、例えば約十分の
一の価格である。本発明の誤差を補正する方法、即ちマ
イクロコントローラの構成部品やプログラム方法はコス
トを僅かしか上げず、本発明の回路は前のものよりどの
場合にもずっと経済的である。更に、経済的な増幅器を
使用した時の本発明の誤差補正によって達成される精度
が測定地点の温度に関する信頼できる結論を測定増幅器
の精度に頼ることなく保証することが確認されている。
【０００６】本発明の評価回路の増幅器は差動増幅器と
して熱電対の２つの端子に接続されスイッチによってブ
リッジされた非反転入力と反転入力とによって好都合に
接続されており、このスイッチを測定周期ポーズの間に
閉じることによって、増幅器のない時の固有の電圧は後
の測定信号の誤差補正のためにマイクロコントローラに
伝えられる。
【０００７】スイッチは好ましくは半導体スイッチであ
り、半導体スイッチは好ましくは電界効果トランジスタ
である。増幅器を差動増幅器として接続する場合には、
このスイッチは非反転入力と反転入力との間に接続され
る。
【０００８】スイッチは好ましくは測定周期を有するマ
イクロコントローラの制御出力を介して起動される。
【０００９】本発明によれば、熱電対の異常の検出の最
初に述べた問題を経済的にまた簡単に解消するために、
測定周期のポーズの間に試験電流を熱電対に供給する回
路を備え、マイクロコントローラは測定周期のポーズの
間に存在する入力信号を評価する手段を有する。好まし
くは、この回路は増幅器の入力側に接続されており、注
目に値する電圧は増幅器の出力において熱電対が正常に
動いている時に試験電流によって発生せず、熱電対が異
常な時は前の電圧とは異なる表示電圧は増幅器出力で発
生する。
【００１０】熱電対の状態を検出する試験電流は好まし
くはスイッチによって熱電対に送られ、マイクロコント
ローラの測定周期を有する制御出力を介して起動され
る。スイッチは好ましくは半導体スイッチで、半導体ス
イッチは好ましくは電界効果トランジスタである。
【００１１】本発明によれば、マイクロコントローラが
一般的に正の電圧のみを処理することができるという最
初に述べた問題は好ましく増幅された測定信号に加えら
れた正の直流電圧によって解消される。直流電圧は加え
る際負の測定信号の電圧の量よりも高い。これによっ
て、マイクロコントローラの入力の電圧が常に正であ
る。
【００１２】最後に、絶対温度を測定する最初に述べら
れた問題を熱電対によって解決する方法が本発明でとら
れる。従って、増幅器を有する基板の絶対温度と、熱電
対の測定点と基板との温度差と、を測定する手段が備え
られ、その測定結果に基づいてマイクロコントローラが
測定点の絶対温度を計算する。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に従って本発明の
好ましい実施の形態について詳説する。
【００１４】図１は破線１０の左側に熱電対Ｓ１、破線
１０の右側に熱電対Ｓ１の評価回路を備えた基板９ａを
図式的に示す。図２、図３に示すように、基板９ａは例
えば自動車暖房装置１の制御装置９の一部を構成する。
熱電対測定信号の実際の評価は図１中符号ＭＣで表され
るマイクロコントローラの測定動作によって行われる。
マイクロコントローラＭＣの上流側に演算増幅器Ｕ１が
接続されており、ミリボルト単位の測定信号をマイクロ
コントローラからの入力に従う図示しないＤ／Ａコンバ
ータで処理できるレベルに増幅する。
【００１５】図２、図３中暖房装置は符号１で表され
る。例として、水などの液体伝熱媒体によって動作する
補助車両暖房装置が示される。このような暖房装置は例
えば自動車のクーラントループに組み込まれる。液体伝
熱媒体は熱交換器３とジャケット形状の外ハウジング４
との間に形成された中間スペース２を流れる。暖房装置
１は更に燃焼パイプ６で形成された燃焼室７に突出した
バーナー５を有する。外ハウジング４に形成された液体
伝熱媒体の入口と出口とは図示されていない。特に図２
から、ジャケット形状の外ハウジング４上に鋳造された
収納スペース８はジャケット形状の外ハウジング４の外
側に形成される。収納スペース８内には符号９で表され
る制御装置が収納される。制御装置９はプリント回路板
として設計された更に／又は相当する電気又は電子部品
を備えた一枚又は複数枚の基板（この実施例では基板９
ａ）を含む。
【００１６】特に熱電対Ｓ１は２本の導線１１、１２を
介して基板９ａ上の２つの端子を備えた測定点に接続さ
れ、基板９ａ上で制御装置９の電子装置が動作する。測
定点端子１３は抵抗Ｒ４を介して演算増幅器Ｕ１の非反
転入力（＋）に接続される。測定点端子１４はトランジ
スタＴ３と抵抗Ｒ５とを介して演算増幅器Ｕ１の反転入
力（−）に接続される。演算増幅器Ｕ１のゲインを調整
するために、反転入力は抵抗Ｒ６を介して出力に接続さ
れる。演算増幅器Ｕ１の出力は更にマイクロコントロー
ラＭＣの入力１５に抵抗Ｒ７を介して接続される。
【００１７】コンデンサＣ１、Ｃ２、Ｃ３はフィルタエ
レメントとして又はＥＭＣサプレッション用に設計され
ている。従って、接地されたコンデンサＣ１、Ｃ２は各
々測定点端子１４、１３に接続され、接地されたコンデ
ンサＣ３はマイクロコントローラＭＣの入力１５に接続
される。
【００１８】＋５Ｖの直流電圧は測定点端子１４とトラ
ンジスタＴ３との間の接続線を有する抵抗Ｒ１、Ｒ２か
ら成る分圧器を介して印加される。
【００１９】温度測定手段１７はマイクロコントローラ
ＭＣの温度測定入力１８に接続される。温度測定手段１
７は例えばもし必要なら既にディジタルの計測された温
度をマイクロコントローラＭＣに入力する又はアナログ
の計測された温度を統合Ａ／Ｄコンバータに入力する業
務用の経済的なＩＣの形で作られる。温度測定手段１７
は制御装置の基板上の測定点端子１３、１４の絶対温度
を測定する。マイクロコントローラＭＣでは、測定点で
の絶対温度は測定点での温度と制御装置の基板上の温度
との差から計算される。熱電対が自動車暖房装置の炎検
出器として使用される場合のために、絶対温度の情報は
炎ＯＮ又は炎ＯＦＦの状態の評価において便利である。
【００２０】経済的だが適度に精度の高い、誤差の第一
の原因である標準の演算増幅器を演算増幅器Ｕ１として
使用できるために、トランジスタ、好ましくはＦＥＴの
形の半導体スイッチ、具体的には演算増幅器Ｕ１の非反
転入力と反転入力との間に抵抗Ｒ４、Ｒ５を介して接続
されマイクロコントローラＭＣの第一制御出力１９によ
って制御されるトランジスタＴ２の形の半導体スイッチ
が設けられる。測定周期のポーズの間演算増幅器Ｕ１が
入力側で短絡するようにトランジスタＴ２は起動され
る。マイクロコントローラＭＣは符号２２で表されるメ
モリを備えており、メモリ２２には演算増幅器Ｕ１の出
力信号、即ち入力１５の信号が測定周期のポーズの間記
憶される。マイクロコントローラＭＣの別のメモリ２３
には補正アルゴリズムが１つの測定周期の間に入力１５
に増幅されて入力された測定信号を実際の評価の前に記
憶された信号に基づいて補正するために記憶される。演
算増幅器Ｕ１の誤差が評価において考慮され、高価な測
定増幅器を使用しなくてもよい。
【００２１】演算増幅器Ｕ１に固有の誤差は動作の期間
を特に熱発生暖房とその近傍の制御装置と連動して変更
できるため、上記の誤差測定は好ましくは周期的に行わ
れる。
【００２２】熱電対Ｓ１の正常又は異常を検知するため
に、更に熱電対Ｓ１に試験電流を供給する回路が設けら
れる。この回路はマイクロコントローラＭＣの第２制御
出力２０を介して起動され、正の電圧、特に＋５Ｖの電
圧が抵抗Ｒ３を介して印加されるトランジスタＴ１を備
えている。更に、トランジスタＴ１は測定点端子１３と
抵抗Ｒ４との間の接続線を使ってマイクロコントローラ
ＭＣの非反転入力に接続される。
【００２３】トランジスタＴ１が第２制御出力２０を介
して通信された測定周期のポーズに強制的に始動される
と、＋５Ｖの直流電圧がトランジスタＴ１を介して測定
点端子１３に印加され、熱電対Ｓ１に印加される。試験
電流は熱電対Ｓ１が完全な時他方の測定点端子１４に熱
電対Ｓ１を介して流れ、熱電対Ｓ１からグラウンドに流
れる。この場合、即ち熱電対Ｓ１が完全な場合、演算増
幅器Ｕ１の出力に信号が全くない。
【００２４】逆に熱電対Ｓ１が異常で試験電流が送られ
ない時は、本質的に演算増幅器Ｕ１の非反転入力が＋５
Ｖの直流電圧を有し、演算増幅器Ｕ１の出力はマイクロ
コントローラＭＣで測定され熱電対Ｓ１の異常を示す比
較的高い電圧を有する。
【００２５】測定点端子１４と抵抗Ｒ５と演算増幅器Ｕ
１の非反転入力との間の接続線上の他のトランジスタＴ
３はマイクロコントローラＭＣの第３制御入力２１を介
して起動される。慣習的にトランジスタＴ３は強制的に
始動され、信号を測定点端子１４から演算増幅器Ｕ１ま
で送る。しかしながら、熱電対Ｓ１の実用によって測定
周期のある点において下流回路から熱電対Ｓ１を電気的
に分けること、即ち測定信号を演算増幅器Ｕ１に送らな
いことが望ましい。
【００２６】抵抗Ｒ１、Ｒ２から成る分圧器は正確に知
られた正の電圧を熱電対Ｓ１からの測定信号に加え、マ
イクロコントローラＭＣの入力１５は常に正の電圧を有
することを保証する。マイクロコントローラは慣習的に
正の電圧のみを処理するが熱電対Ｓ１は正と負の電圧を
発生するためこれは重要である。このため、加えられる
正の電圧は熱電対Ｓ１で発生する測定電圧の最大量より
も量的に多く設定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係る回路の実施の形態を図式的
に示す。
【図２】図２は図１の回路がふさわしい暖房装置の部分
上面図である。
【図３】図３は暖房装置の部分断面図である。
【符号の説明】
１…暖房装置、２…中間スペース、３…熱交換器、４…
外ハウジング、５…バーナー、６…燃焼パイプ、７…燃
焼室、８…収納スペース，9 …制御装置、９ａ…基板、
１０…破線、１１、１２…導線、１３、１４…測定点端
子、１５…マイクロコントローラの入力、１７…温度測
定手段、１８…温度測定入力、１９…第１制御出力、２
０…第２制御出力、２１…第３制御出力、２２、２３…
メモリ、Ｓ１…熱電対、Ｕ１…演算増幅器、Ｔ１…試験
電流を供給するトランジスタ、Ｔ２…演算増幅器の入力
を短絡するトランジスタ、Ｔ３…熱電対を分離するトラ
ンジスタ、ＭＣ…マイクロコントローラ、Ｒ１〜Ｒ７…
抵抗、Ｃ１〜Ｃ３…コンデンサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘルムート・ニグスト ドイツ連邦共和国、 82205 ギルヒング、 タルホフシュトラーセ 24ベー

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】熱電対の測定信号を評価する回路、特に測
    定信号を増幅する増幅器と増幅された測定信号が入力さ
    れるマイクロコントローラとを備えた自動車の暖房装置
    の炎検出器として使われる熱電対の測定信号を評価する
    回路において、 測定周期のポーズの間に前記増幅器の入力を短絡するス
    イッチを備え、 前記マイクロコントローラは、測定周期のポーズの間に
    入力信号が記憶されるメモリを備え、前記メモリに記憶
    された信号を使用して前記測定信号を評価の前に補正す
    る補正アルゴリズムを有することを特徴とする回路。
  2. 【請求項２】前記増幅器は経済的な標準的な演算増幅器
    であることを特徴とする請求項１記載の回路。
  3. 【請求項３】前記熱電対は、２つの端子を有し、前記増
    幅器は、前記熱電対の２つの端子に接続されスイッチに
    よってブリッジされた非反転入力と反転入力とによっ
    て、差動増幅器として接続されていることを特徴とする
    請求項１又は２記載の回路。
  4. 【請求項４】前記スイッチは半導体スイッチであること
    を特徴とする請求項１、２又は３記載の回路。
  5. 【請求項５】前記半導体スイッチは電界効果トランジス
    タであることを特徴とする請求項４記載の回路。
  6. 【請求項６】前記スイッチは前記測定周期を有する前記
    マイクロコントローラの制御出力を介して入れられるこ
    とを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の
    回路。
  7. 【請求項７】前記測定周期のポーズの間に試験電流を前
    記熱電対に供給する回路を備え、 前記マイクロコントローラは前記測定周期のポーズの間
    に存在する入力信号を評価する手段を有することを特徴
    とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載の回路。
  8. 【請求項８】前記試験電流はスイッチを介して供給され
    ることを特徴とする請求項７記載の回路。
  9. 【請求項９】前記試験電流を供給する前記スイッチは半
    導体スイッチであることを特徴とする請求項８記載の回
    路。
  10. 【請求項１０】前記半導体スイッチは電界効果トランジ
    スタであることを特徴とする請求項９記載の回路。
  11. 【請求項１１】前記試験電流を供給する前記スイッチは
    前記測定周期を有する前記マイクロコントローラの制御
    出力を介して入れられることを特徴とする請求項７乃至
    １０のいずれか一つに記載の回路。
  12. 【請求項１２】前記測定信号の電圧よりも高い正の直流
    電圧を前記測定信号に加えることを特徴とする請求項１
    乃至１１のいずれか一つに記載の回路。
  13. 【請求項１３】前記増幅器を有する基板の絶対温度と、
    前記熱電対の前記測定点と前記基板との温度差と、を測
    定する手段を備え、その測定結果に基づいて前記マイク
    ロコントローラが前記測定点の絶対温度を計算すること
    を特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の
    回路。
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