JP2001208619A - 測定温度の較正方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】機器内測定温度の補正方式を変えることによ
り、環境機器類の内部設定温度をより正確に維持する。 【解決手段】設定部により目標値の設定・変更が可能な
比較部と、環境機器類内部の温度を電気的信号に変換し
て測定値として受け入れるとともに、これを上記比較部
に送る入力部との間に、測定範囲（温度スパン）を分割
して複数の補正点を設定するとともに各補正点毎の補正
値を記憶するメモリと、各補正点間の補正値を計算し、
これを比較部に導く補正演算部とを介在させ、比較部で
比較された結果として生じた偏差値に基づいて環境機器
類内部の温度を目標値に近づけるべく制御部において操
作量を調節する。 これにより恒温器等の各種環境機器
類における内部測定温度の較正を低コストで、しかもき
わめて高精度に実施することができ、各種環境機器類の
内部設定温度を常に高精度かつ安定的に維持することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば恒温器等各種環
境機器類に接続もしくは内臓して用いられるところの、
上記機器類内部測定温度を自動較正する方式に関し、機
器類内部測定温度の精度を十分に高めることを目的とす
る。

【０００２】

【従来の技術】恒温器等各種環境機器類内部の測定温度
を自動較正する方式に関しては、これまでフィードバッ
ク制御による較正方式が一般的に知られている。 これ
は機器内に設置した温度センサーが感知した温度を電気
信号化して入力し、あらかじめ設定した設定値と比較し
て出た偏差値分を制御部に伝え、制御部では上記偏差値
を操作量に置換して操作部へと出力し、この操作量に基
づいてヒーターの加熱量を制御して機器類内部温度の調
整をおこなうとともに、これを結果的に前記した温度調
節器の入力部に戻して温度制御を継続させるものであ
る。

【０００３】すなわち図７には恒温槽１と、該恒温槽１
内の温度を一定に保持するための操作部４と、該操作部
４の操作量を制御する温度調節器５とからなる環境機器
が示されており、さらに恒温槽１内にはヒーター２およ
び温度センサー３が取り付けられている。 また操作部
４には電磁リレーなどが内臓されており、さらに温度調
節器５内には、入力端子６を介して入力部７、表示部
８、比較器９および該比較器９に対して目標値を設定・
変更するための設定部１０、制御部１１、出力端子１
２、電源部１３、電源端子１４が内蔵されている。

【０００４】したがって、この場合において、温度調節
器５の入力部７に入力された恒温槽１内の現在の測定温
度（ＰＶ値）と、他の基準温度計等の指示値、すなわち
設定部１０により比較器９内に設定された設定温度との
間に誤差があった場合、その誤差分（偏差値）を一定の
範囲内において補正する必要があるが、汎用の補正手段
としては上記測定値に任意の補正値を加算して測定値を
補正する方式がとられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した補正方式によ
る場合においては１つの補正値が温度スパンの最低温度
から最高温度にいたるまで一様に作用するものであるた
めに、図８に示したように、プラス側に誤差を有する測
定値に対して、その誤差分だけマイナスの補正値を加え
ることによって誤差ゼロを実現することが可能である。
しかしながら図９に示したように、誤差特性が傾斜し
ている場合においては、最低温度側と最高温度側の誤差
が、プラス側とマイナス側とでそれぞれ同一値の対称誤
差となるような補正値を決定する必要がある。

【０００６】そしてこの場合の最大誤差が許容範囲（規
格精度）内であれば問題はないが、許容範囲を超える場
合には、当該補正方式による温度調節器自体が誤差過大
で不良扱いとなる。 また上記した誤差特性は、図８
や、あるいは図９にあらわした直線的なものに限られ
ず、ほかに例えば図１０の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）にあらわ
したような曲線的にあらわれる場合もある。 これは温
度調節器を構成する部品（特に測定精度に影響をおよぼ
す部品）の特性と、これらの部品が多数使用された結果
としての複合的な総合的精度としてあらわれるものであ
る。

【０００７】また図９や図１０にあらわした各種の誤差
特性における「ゼロ」との交点の位置についても、必ず
しもスパンの中央部にあるとは限らず、全体がプラス側
に偏位するなど特定方向に偏位することもある。 また
既述した図８および図９のように、測定値に一つの補正
値を与えて補正する方法による場合においては、補正値
の設定にあたり、プラス側の誤差の絶対値とマイナス側
の誤差の絶対値とが等しくなるような補正値とする以外
に方法が無く、したがってこの場合にはある一点の温度
では誤差「ゼロ」を実現できてもその他の温度範囲では
大なり小なり誤差を持つことになり、したがって誤差の
最大箇所においては記述した規格精度を逸脱する可能性
が高い。

【０００８】このような現状をもとに具体的な測定誤差
を検討してみるに、例えばＫ熱電対で１０００℃の温度
を測定する場合、熱電対の公称誤差として Ｋ熱電対の許容誤差 ＜ ±０．００７５・｜ｔ｜ ＝ ±０．００７５×１０００ ＝ ±７．５℃ ということになり、熱電対単体として、１０００℃にお
いて最大±７．５℃が規格上許容されていることにな
る。

【０００９】また温度調節器の公称誤差については、１
０００℃を測定する場合のフルスパン（ＦＳ）は通常１
２００℃であるため、この場合の温度調節器の公称誤差
は 温度調節器の公称誤差 ＜ ±０．００５×１２００ ＝ ±６．０℃ ということになり、温度調節器単体として、１０００℃
において最大で±６．０℃が規格上許容されていること
になる。

【００１０】さらに実際に温度を測定する場合において
は、熱電対自体の誤差以外に温度調節器の誤差も累積さ
れた総合誤差としてあらわれるために、例えば熱電対及
び温度調節器の双方共にプラス側に許容値限界近くの誤
差を有するものとすると、 ｛＋７．５℃｝＋｛＋６．０℃｝ ＝ ＋１３．５℃ の最大誤差がありうることになり、これは結果的に測定
温度の１％を超える誤差となるために、許容範囲内とは
いえ測定値の信頼性が著しく損なわれることになる。

【００１１】

【課題を解決するための手段】恒温器等各種環境機器類
に接続もしくは内臓して用いられる温度調節器の精度
は、一般的に概ね±０．５％（ＦＳ＝フルスパン）程度
であるが、この精度を±０．３％（ＦＳ）に向上させる
ためには温度調節器のコストが１．８〜２．５倍程度と
なり、さらに±０．１％（ＦＳ）にまで向上させるとな
ると３〜４倍のコスト上昇となる。 すなわち機器類内
の温度を高精度に測定しようとする場合には、それなり
に高価格の制御装置を装備する必要があることになる。

【００１２】そこで本発明にあっては恒温器等各種環境
機器類における温度調節精度を低コストのもとに向上さ
せる要求に応えるものであって、具体的には請求項１の
発明は、恒温器等各種環境機器類に接続もしくは内臓さ
れるところの、機器類内部測定温度を自動較正する手段
であって、該較正手段は、設定部により目標値の設定・
変更が可能な比較部と、環境機器類内部の温度を検出す
る温度センサーからの情報を電気的信号に変換して測定
値として受け入れるとともに、これを上記比較部に送る
入力部と、比較部で比較された結果として生じた偏差値
に基づいて環境機器類内部の温度を目標値に近づけるべ
く操作量を調節する制御部とからなり、しかも上記入力
部と比較部との間には、測定範囲（温度スパン）を分割
して複数の補正点を設定するとともに各補正点毎の補正
値を記憶するメモリ部、および各補正点間の補正値を計
算し、これを比較部に導く補正演算部を介在させてなる
ことを特徴とした測定温度の較正方式に関する。

【００１３】また請求項２の発明は、上記した請求項１
に記載のものにおいて、補正演算部においては、入力部
に受け入れられた測定値が、分割された複数の補正区間
のいずれにあるかを補正点と比較して検索するととも
に、その区間の上側および下側の補正点におけるそれぞ
れの補正値と、上記により入力された測定値より測定値
における補正値を算出し、さらに入力された補正値に上
記の補正値を加えて補正後の測定値を算出するものであ
るところの測定温度の較正方式に関する。

【００１４】さらに請求項３の発明は、上記した請求項
１〜２に記載のものにおいて、補正演算部における補正
値および補正後測定値の算出は、算出式： により算出されるものであるところの測定温度の較正方
式に関する。

【００１５】上記した構成において、恒温器等環境機器
類内部温度を温度センサーが検出し、これを較正手段の
入力部からメモリ部に記憶されている複数の補正点毎の
補正値をもとに補正演算部において補正値を演算し、さ
らにこの補正値を比較部に導入するとともに、あらかじ
め設定された目標値と比較して出た偏差値分を制御部に
伝え、制御部からの操作量に基づいた機器類内部温度の
調整をおこなう温度調節器からの操作量をもとに、これ
を結果的に前記した温度調節器の入力部に戻して温度制
御を継続させる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下において本発明の具体的な内
容を図面にしたがって説明すると、図１には本発明に係
る測定温度較正方式の一例であるフローチャートがあら
わされている。 同図において、２１は恒温器の恒温槽
をあらわし、内部にはヒーター２２および温度センサー
２３が備えられている。 また２４は較正手段としての
温度調節器をあらわし、入力端子２５を介して入力部２
６、表示部２９、比較器３０および該比較器内の設定温
度を設定・変更するための設定部３１、制御部３２、操
作部３３、電源部３５、出力側の電源端子３４を備え
る。

【００１７】さらに上記した入力部２６と比較器３０と
の間には補正点・補正値を記憶するメモリ部２７および
補正演算部２８が介在されている。 すなわちメモリ部
２７は、測定範囲（温度スパン）を分割して複数の補正
点を設定するとともに各補正点毎の補正値を記憶するも
のであり、また補正演算部２８は、上記により複数に分
割された各補正点間の補正値を計算し、これを比較部に
導くものである。

【００１８】図１の構成において、高温槽２１内に備え
た温度センサー２３が槽内の温度を検出し、その温度情
報を入力部２６において電気的信号に変換し、これを測
定値として補正演算部２８に受け入れる。 補正演算部
２８においては、測定範囲（温度スパン）を分割して複
数の補正点を設定するとともに、入力部２６に受け入れ
られた測定値が、分割された複数の補正区間のいずれに
あるかを補正点と比較して検索するとともに、メモリ２
７に記憶されているところの、複数に分割された各補正
点毎の補正値をもとに、その区間の上側および下側の補
正点におけるそれぞれの補正値と、上記により入力され
た測定値より測定値における補正値を算出し、さらに入
力された補正値に上記の補正値を加えて補正後の測定値
を算出し、これを補正後測定値として表示部２９に表示
するとともに比較器３０へと送りこむ。

【００１９】さらに、比較器３０においては、設定部３
１によりあらかじめ設定された目標値と比較して出た偏
差値分を制御部３２に伝え、制御部３２からの操作量に
基づいて操作部３３が高温槽２１内の設定温度の操作に
必要な制御量の電気を恒温槽２１内のヒーター２２に導
入して恒温槽２１内の設定温度を維持する。

【００２０】さらに上記した補正演算部に２８おける補
正値および補正後測定値の算出は、算出式： により算出することができる。

【００２１】

【実施例】本発明による自動較正機能の一例として、こ
こでは入力部２６と比較器３０との間に、図２に示した
ように、測定範囲（温度スパン）を８領域に分割して９
点の補正点を設定し、かつこれらの各補正点における補
正値を記憶するメモリ部２７と、各補正点間の補正値を
計算する補正演算部２８を介在させ、補正値により補正
された測定値を比較器３０に導く。 これにより上記し
た各補正点を強制的に誤差ゼロに補正し、各補正点間に
残る僅かな湾曲曲線分のみが誤差ゼロの直線上に配列さ
れる形となり、これによって補正前の曲線が極めて誤差
ゼロの直線に近づいて、殆ど無視し得る程度となる。

【００２２】つぎに補正演算部２８での処理手順につい
て説明すると、まず入力部２６からの測定値が、上記し
た測定温度区間における８領域のうち、いずれの区間に
あるかを補正点と比較して検索し、次いでその区間の上
側および下側の補正点におけるそれぞれの補正値と、入
力された測定値より測定値における補正値を算出し、さ
らに入力された測定値に上記の補正値を加えて補正後の
測定値を算出し、これを比較器３０に送る。

【００２３】ここで補正値算出の具体例を掲げると次の
ようになる。

【００２４】因みに、図３に示した１１０℃〜２２０℃
の測定温度区間内における補正前測定値に対する補正後
測定値の演算結果を図４〜６において「モデル区間内の
補正演算値表１〜３」として示す。 これによって図３
の誤差特性が、たまたま直線であるため、補正点は１０
０℃と２００℃の僅か２点ではあるが、補正前の測定値
に、演算された補正量を加えた補正後の測定値が、基準
器で測定した真の温度と全く同一の数値を示し、この区
間での誤差はゼロとなっていることが理解できる。

【００２５】さらに比較器３０においては、あらかじめ
設定部３１により設定した設定値と比較して出た偏差値
分を制御部３２に伝え、制御部３２では上記偏差値を操
作量に置換して操作部３３へと出力し、この操作量に基
づいてヒーター２２の加熱量を制御して恒温槽２１等の
環境機器類内部温度の調整をおこなうとともに、これを
結果的に前記した温度調節器２４の入力部２６に戻して
温度制御を継続させる。

【００２６】上記した本願発明の測定温度較正方式を採
用した場合、仮に温度調節器の精度が比較的ラフであっ
たとしても、工場内での出荷前試験時に複数の測定値を
測定して入力しておくことにより、直線的な誤差特性で
あれば本来の精度如何にかかわらず、本発明者による実
験結果によれば、概ね±０．００１％（測定温度：１０
００℃の場合で誤差０．０１℃）という、精緻な測定が
可能であり、しかも一般的な温度調節器の表示分解能が
例えば１２００℃レンジの場合でも１℃単位であるため
に、実際に表示される温度数値に関する限り、誤差０％
（０℃）とみなすことが可能であり、きわめて高精度の
温度測定を可能にすることができる。

【００２７】また誤差特性が湾曲特性であった場合にお
いても、誤差の最大値が±１％程度であれば概ね±０．
０１％（測定温度：１０００℃の場合で誤差０．１℃）
程度の高精度を確保できることが明らかとなった。

【００２８】

【発明の効果】本発明は上記した通り、較正手段とし
て、設定部により目標値の設定・変更が可能な比較部
と、環境機器類内部の温度を検出する温度センサーから
の情報を電気的信号に変換して測定値として受け入れる
とともに、これを上記比較部に送る入力部と、比較部で
比較された結果として生じた偏差値に基づいて環境機器
類内部の温度を目標値に近づけるべく操作量を調節する
制御部とからなり、しかも上記入力部と比較部との間に
は、測定範囲（温度スパン）を分割して複数の補正点を
設定するとともに各補正点毎の補正値を記憶するメモリ
部、および各補正点間の補正値を計算し、これを比較部
に導く補正演算部を介在させてなるものであるために、
恒温器等の各種環境機器類における内部測定温度の較正
をきわめて高精度に実施することができ、各種環境機器
類の内部設定温度を常に高精度かつ安定的に維持するこ
とができ、また温度調節器等の温度較正手段のコストを
著しく低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である測定温度自動較正機能
つき温度調節器のブロック図。

【図２】本発明における測定温度の較正原理をあらわし
た説明図。

【図３】本発明における温度測定区間内での温度補正原
理をあらわした説明図。

【図４】図３におけるモデル区間での温度補正後測定値
の演算結果による演算値表１。

【図５】図３におけるモデル区間での温度補正後測定値
の演算結果による演算値表２。

【図６】図３におけるモデル区間での温度補正後測定値
の演算結果による演算値表３。

【図７】従来公知の測定温度調節器のブロック図。

【図８】従来公知の測定温度調節器での直線的（平行）
誤差特性に対する補正原理をあらわした説明図。

【図９】従来公知の測定温度調節器での直線的（傾斜）
誤差特性に対する補正原理をあらわした説明図。

【図１０】従来公知の測定温度調節器での湾曲誤差特性
に対する補正原理をあらわした説明図。

【符号の説明】

２１ 恒温槽 ２２ ヒーター ２３ 温度センサー ２４ 温度調節器 ２５ 入力端子 ２６ 入力部 ２７ メモリ部 ２８ 補正演算部 ２９ 表示部 ３０ 比較器 ３１ 設定部 ３２ 制御部 ３３ 操作部 ３４ 電源端子 ３５ 電源部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】恒温器等各種環境機器類に接続もしくは内
   臓されるところの、機器類内部測定温度を自動較正する
   手段であって、該較正手段は、設定部により目標値の設
   定・変更が可能な比較部と、環境機器類内部の温度を検
   出する温度センサーからの情報を電気的信号に変換して
   測定値として受け入れるとともに、これを上記比較部に
   送る入力部と、比較部で比較された結果として生じた偏
   差値に基づいて環境機器類内部の温度を目標値に近づけ
   るべく操作量を調節する制御部とからなり、しかも上記
   入力部と比較部との間には、測定範囲（温度スパン）を
   分割して複数の補正点を設定するとともに各補正点毎の
   補正値を記憶するメモリ部、および各補正点間の補正値
   を計算し、これを比較部に導く補正演算部を介在させて
   なることを特徴とした測定温度の較正方式。
2. 【請求項２】請求項１に記載のものにおいて、補正演算
   部においては、入力部に受け入れられた測定値が、分割
   された複数の補正区間のいずれにあるかを補正点と比較
   して検索するとともに、その区間の上側および下側の補
   正点におけるそれぞれの補正値と、上記により入力され
   た測定値より測定値における補正値を算出し、さらに入
   力された補正値に上記の補正値を加えて補正後の測定値
   を算出するものであるところの測定温度の較正方式。
3. 【請求項３】請求項１〜２に記載のものにおいて、補正
   演算部における補正値および補正後測定値の算出は、算
   出式： により算出されるものであるところの測定温度の較正方
   式。