JP2002228523A - 非接触型温度検出器の温度算出方法 - Google Patents

非接触型温度検出器の温度算出方法

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JP2002228523A
JP2002228523A JP2001027768A JP2001027768A JP2002228523A JP 2002228523 A JP2002228523 A JP 2002228523A JP 2001027768 A JP2001027768 A JP 2001027768A JP 2001027768 A JP2001027768 A JP 2001027768A JP 2002228523 A JP2002228523 A JP 2002228523A
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temperature
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Makoto Tamura
誠 田村
Motoki Tanaka
基樹 田中
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Nippon Ceramic Co Ltd
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Nippon Ceramic Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】家庭電化製品に於ける非接触型温度検出器によ
る温度算出手順を簡略化することにより、マイコン入力
データ量の増大を防ぐと共に、検出温度の正確性を必要
レベルに保つ検出温度算出方式を提供する。 【解決手段】サーモパイル出力特性VOUT=A・(T
obj −Tamb )+VREFの係数Aを環境温度
の関数(A=d・Tamb +e・Tamb+f)とす
ることにより、サーミスタ出力値からの環境温度算出に
始まり、係数Aの決定、対象温度の算出を容易な計算式
により実行し、プロセスの簡略化を行う。又、係数Aを
環境温度毎に補正するため、必要レベルの温度算出精度
を保つことが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、非接触型放射温度
検出装置に組み込まれる赤外線検出器の検出温度の算出
式・手順に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の非接触型温度検出器では、サーモ
パイルとサーミスタの出力を独立して取り出す場合、サ
ーミスタ出力より環境温度を算出し、その環境温度とサ
ーモパイル出力より検出温度を算出することが可能であ
る。しかし、この場合、検出温度の算出を行うのにサー
モパイル出力に対する検出温度の特性曲線が必要となる
が、その近似線の数は測定環境温度域の大きさ、及びそ
の算出精度により必要数が異なってくる。そのため、検
出温度の算出を行うマイコンには膨大な量のデータ入力
が必要となり、この方式では大容量・高性能なマイコン
が必要であった。
【0003】この実施例を図を参照して説明する。図2
に非接触型温度検出器の対象温度に対するサーモパイル
出力の特性を示す。サーモパイル出力は同一温度の対象
物体を検知しても、環境温度によりその大きさが異な
る。そのため、温度検出を行った時の環境温度をモンタ
ーしておくことが必要となる。
【0004】図3で示すように実使用環境温度域でのサ
ーミスタ出力特性は、環境温度に対する二次式でよく近
似され、環境温度はこれにより算出することが可能であ
る。
【0005】従来の温度検出方式では、図4〜14に示
すようなマトリックスを用いて、サーミスタ出力・サー
モパイル出力より検出温度を抽出する方式となってい
る。この方式では、測定対象温度域の大きさ及び必要と
される検出温度の精度により、マトリックスの大きさが
異なる。そのため、例えば冷暖房温度調節器のような家
庭電化製品の制御に対して必要十分な検出精度を与える
場合、図2の出力特性を持つ非接触型温度検出器を使用
した冷暖房温度調節器に於いて、使用環境温度283K
〜303K、検知対象温度283K〜303Kで±1K
程度の誤差を許容する場合、少なくとも図15〜21に
示すような41×44のマトリックスが必要となる。
又、調理器の場合は、使用環境温度283K〜303
K、検知対象温度263K〜363Kで±3K程度を許
容する場合は、少なくとも41×84のマトリックスが
必要となり、より広範囲・高精度を必要とする場合、更
に大きなマトリックスとなりマイコンへの入力データ量
の増大は回避できない問題となる。
【0006】一方、これらを対策するために、サーモパ
イル出力−検出温度特性を一次式(Y=BX+C)によ
り近似し、マイコンへの入力データ量を削減する方法も
考えられる。任意の環境温度に於ける一次近似式の傾き
Bを基準に環境温度に依らず一定とし、切片Cのみが環
境温度により変化すると仮定する場合である。具体例を
挙げると、非接触型温度検出器を冷暖房温度調節用途に
使用し、環境温度298K(室温)での傾きで一定と仮
定して対象温度283K〜303Kでの検出に重点を置
き、その中間温度である対象温度293Kでの実測値か
ら各環境温度に於ける切片Cを算出した場合、図22に
示すように近似線と実測値には、対象温度域293K〜
303Kでは最大±2K程度の違いが生じる。更に対象
温度域を大きくして場合、その差は広がり、対象温度域
273K〜313Kでは最大±4Kの違いが生じると予
想され、また、調理器の場合は使用環境温度283K〜
303K、検知対象温度263K〜363Kにて、最大
40K程度の誤差が生じると予想される。このように一
次式による近似で検出温度の算出を行った場合、温度計
測精度が劣り、十分な制御が出来ないというデメリット
を生み出す結果となる。
【0007】本発明は、検出温度の算出方法を簡略化
し、マイコンへの入力データ量の増大を防ぐと共に、検
出温度の正確性を必要レベルに保つ検出温度算出方法を
提供するものである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】サーモパイル、サーミ
スタの出力を独立して取り出す非接触型温度検出器に於
いて、従来通りのマトリックス方式や一次近似式による
温度検出方法を適用する場合、検出温度の算出に複雑な
プログラム(膨大なデータ量)、それに対応可能となる
高性能なマイコンが必要となり、必然的にコスト的にも
高価になるという問題点があった。又、入力データ量を
削減するため、一次式による近似を行った場合、温度検
出精度が劣るというデメリットが生じるという問題があ
った。
【0009】本発明は、上述の事柄に留意してなされた
もので、その意図するところは家庭用電化製品用途に非
接触型温度検出器を用いた温度検出を行う場合に於い
て、必要十分な温度検出精度を保ちつつ、マイコンへの
データ入力をより簡素にすることを可能にする温度算出
方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、前途の課題を
解決するため、図23の様に、サーモパイル出力とサー
ミスタ出力が独立に出力される非接触型温度検出器に於
いて、検出温度算出を順序立てられた三つの数式により
行うことを特徴としている。又、対象物体温度・環境温
度・サーモパイル出力の関係式に於いて、補正係数を環
境温度の関数として近似することにより、家庭電化製品
用途に於ける必要十分な検出温度算出精度を得ることを
特徴としている。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の詳細について
図、数式を参照しながら説明する。図23は、この発明
が適用されるサーモパイル1・サーミスタ2の出力を独
立に出力する非接触型温度検出器3に基本的な概略回路
図であり、温度検出器3からのサーミスタ出力4、及び
アンプ6により増幅されたサーモパイル出力5を用い、
マイコン7により図1に示す手順に従い環境温度、補正
係数、対象温度を算出する。
【0012】図23中の4はセンサに内蔵、又は温度検
出器に実装されたサーミスタの出力を示し、サーミスタ
出力は環境温度に対し、数式1のVNTC=a・T
amb +b・Tamb+c(VNTC:サーミスタ出
力、Tamb:環境温度、a,b,c:定数)に示すよ
うな2次式、或いは1次式(測定環境温度域による)に
より近似される。図1の手順1では、サーミスタ出力の
近似式にサーミスタ出力を代入することで環境温度を算
出する。
【0013】数式2のVOUT=A・(Tobj −T
amb )+VREF(VOUT:サーモパイル出力、
REF:非接触型温度検出器回路の基準電圧、T
obj:対象温度、A:は補正係数)はサーモパイル出
力の算出式であり、第一項の赤外線入射エネルギー量と
第二項のサーモパイル動作基準電位の和となる。図1の
手順2では、上記で算出した環境温度の値を用いて、数
式3のA=d・Tamb +e・Tamb+f(d,
e,f:定数)により、数式2の第一項に係る補正係数
Aを算出する。ここで、補正係数Aの係数d,e,fは
実測結果から事前に算出しておく必要がある。その算出
方法は、図2に示すサーモパイル出力の温度特性より、
各環境温度毎に対象温度に対するサーモパイル出力の近
似式を求める。次に数式2から各環境温度で任意の対象
温度に於ける補正係数Aの値を算出する。ここでは、実
使用時の対象温度となり得る点、例えば冷暖房温度調節
器用途で対象温度が273K〜313Kとなる場合であ
れば、対象温度273,283,293,303,31
3Kに於ける補正係数Aをされぞれ算出し、その平均値
を適用することが可能である。このようにして得た補正
係数Aを環境温度に対する関数として近似することで、
数式3の係数d,e,fの決定を行う。
【0014】図1の手順3は対象温度の算出であり、上
記の手順で得た環境温度、補正係数及び、図23で示す
サーモパイル出力5を数式2に代入し、対象温度の算出
を行う。
【0015】
【実施例】ここで、図2の特性を持つ非接触型温度検出
器に本発明による算出手順を適用した場合を例として説
明する。
【0016】手順1、サーミスタ出力はVNTC=0.
000025・Tamb −0.001117・T
amb−1.298839となり、二次方程式の解の公
式を用いることで、非接触型温度検出器のサーミスタ出
力から環境温度Tambを算出することが出来る。
【0017】手順2,各環境温度に於ける任意の対象温
度にて図2、数式2よりAを算出する。ここでは、各環
境温度(283,293,303K)に於ける対象温度
283,293,303,313,323Kでの補正係
数Aの値を求め、その平均値を採用する。そして、補正
係数Aを環境温度の近似することで次の関係式を得るこ
とが出来る。 A=−3.005307E−14Tamb +1.60
3447E−11・Tamb−1.849896E−9
【0018】上記、手順1,2で得た環境温度、補正係
数Aを用い、数式2より検出温度を算出することが可能
となる。図4に本発明による検出温度の算出値と実測値
を示す。対象温度283K〜303Kに於いて、本発明
による算出値は実測値と一致しており、対象温度273
K〜313Kに於いても、最大1K未満の差異に収ま
り、先に述べた一次式による近似の273K〜313K
に於ける4K程度の誤差に比べ、高い精度で検出温度を
算出することが可能となる。これは、41×84のマト
リックスと同等の温度精度が得られている。又、調理器
の場合は、検知温度263K〜363Kにて最大2Kの
誤差が予想される。
【0019】
【発明の効果】本発明により、家庭電化製品用途に於け
る非接触型温度検出器による温度検出プログラムの簡略
化が可能になり、部品費用面でのコストダウンを可能に
し、安価な非接触型温度検出器を提供出来る効果があ
る。又、検知温度の算出精度に関しても、検出温度算出
式の補正係数Aを環境温度の関数とし、環境温度毎での
補正を可能とすることにより、必要十分な精度での温度
検知が可能となる。これらに於いて本発明は、工業的に
価値がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による検出温度算出手順の構成図
【図2】非接触型温度検出器に於けるサーモパイル出力
の温度特性
【図3】サーミスタ出力の温度特性
【図4】従来方式による検出温度算出マトリックス例1
(サーモパイル出力0.300〜0.650V)
【図5】従来方式による検出温度算出マトリックス例1
(サーモパイル出力0.700〜1.050V)
【図6】従来方式による検出温度算出マトリックス例1
(サーモパイル出力1.100〜1.450V)
【図7】従来方式による検出温度算出マトリックス例1
(サーモパイル出力1.500〜1.850V)
【図8】従来方式による検出温度算出マトリックス例1
(サーモパイル出力1.900〜2.250V)
【図9】従来方式による検出温度算出マトリックス例1
(サーモパイル出力2.300〜2.650V)
【図10】従来方式による検出温度算出マトリックス例
1(サーモパイル出力2.700〜3.050V)
【図11】従来方式による検出温度算出マトリックス例
1(サーモパイル出力3.100〜3.450V)
【図12】従来方式による検出温度算出マトリックス例
1(サーモパイル出力3.500〜3.850V)
【図13】従来方式による検出温度算出マトリックス例
1(サーモパイル出力3.900〜4.250V)
【図14】従来方式による検出温度算出マトリックス例
1(サーモパイル出力4.300〜4.450V)
【図15】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力0.700〜0.850V)
【図16】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力0.875〜1.025V)
【図17】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力1.050〜1.200V)
【図18】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力1.225〜1.375V)
【図19】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力1.400〜1.550V)
【図20】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力1.575〜1.725V)
【図21】従来方式による検出温度算出マトリックス例
2(サーモパイル出力1.750〜1.775V)
【図22】図2に示すサーモパイル出力の温度特性を一
次式により近似した場合の算出値及び実測値。
【図23】本発明が適用されるサーモパイル・サーミス
タ出力を独立とする非接触型温度検出器の概略回路図。
【図24】図1に示すサーモパイル出力の温度特性か
ら、本発明により算出した算出値及び実測値。
【符号の説明】
1 サーモパイル 2 サーミスタ 3 非接触型温度検出器 4 サーミスタ出力端子 5 サーモパイル出力端子 6 オペアンプ 7 マイコン 8 ディスプレイ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 サーモパイル、サーミスタ、オペアン
    プ、抵抗、コンデンサを配線基板に実装した非接触型温
    度検出器のうち、サーモパイル、サーミスタの出力を独
    立して取り出す温度検出器に於いて、検出温度の算出を
    順序立てた三つの数式により行う検出温度算出方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の検出温度の算出に於いて、サ
    ーモパイル出力特性(VOUT=A・(Tobj −T
    amb )+VREF)の補正係数AをA=a・T
    amb +b・Tamb+cのように環境温度の関数と
    して取り扱うこと。
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