JP2003106906A - 温度測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準クロック発振器を恒温槽に入れなくて
も，また，クロック信号の周波数が安定になるまで待た
なくても，被測定温度を乱すことなく高い精度で温度変
化を測定し得る温度変化測定装置を提供する． 【解決手段】 温度の上昇に対応して発振周波数が減少
する第１の水晶振動子を有する第１の発振回路と，温度
の上昇に対応して発振周波数が増加する第２の水晶振動
子を有する第２の発振回路とを，温度が同じように変化
する環境において発振させ，第１の水晶振動子による周
波数信号を分周して得た分周信号で，第２の水晶振動子
による周波数信号をカウントしているカウンタの値をラ
ッチし，ラッチして得たカウント値から演算により被測
定温度を求める．

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は，温度が同じように
変化する環境において，温度の上昇に対応して発振周波
数が低くなる第１の水晶振動子を発振させて得た周波数
信号と，温度の上昇に対応して発振周波数が高くなる第
２の水晶振動子を発振させて得た周波数信号を用いて，
第１の発振回路による周波数信号を分周して得た分周信
号の間，第２の発振回路による周波数信号をカウントす
ることにより得られたカウント値から，演算で被測定温
度の変化を高精度で求める，消費電流が少ない温度測定
方法に関する． 【０００２】 【従来の技術】図１は，温度の変化によって発振周波数
が変化する水晶振動子を利用する温度測定方法の例であ
る．感温部５０において温度センサとしての水晶振動
子，言い換えれば水晶温度センサ１０を発振回路１１で
発振させ，その出力周波数信号を演算装置６０に送る．
演算装置６０の内部では，基準水晶振動子２０とその発
振回路２１で基準周波数信号を作成し，カウンタ２２で
分周し，基準になる時間幅のゲート信号２３を作成す
る．感温部５０からの周波数信号をゲート回路２６に入
力し，基準になる時間幅のゲート信号２３で制御しつつ
カウンタ２７に入力する． 【０００３】感温部５０の温度が変わると水晶温度セン
サ１０の発振周波数が変わるため，基準になる時間幅の
間にゲート回路２６を介してカウンタ２７に入力される
基準周波数信号のカウント値が変わる．従来の技術で
は，このカウント値の違いより演算によって被測定温度
を求め，水晶温度センサ１０の周波数変化に基づいて被
測定温度の変化を求めていた．従来の技術では，基準水
晶振動子２０周辺の温度が変わると基準周波数信号の出
力周波数が変化し，それを分周して得たゲート信号２３
の間隔が変わり，測定誤差の原因となる．つまり，従来
の技術では，基準水晶振動子による発振周波数信号は，
周波数が安定であることが重要な要件で，基準水晶振動
子による発振周波数信号からは被測定温度の変化の情報
を得ていない． 【０００４】したがって，精度よく被測定温度の変化を
求めるには，基準水晶振動子２０の発振周波数を安定化
させる必要があり，温度係数が極めて小さい水晶振動子
を用いる方法，恒温槽を使用して基準水晶振動子２０に
よる周波数出力を安定化さる方法，温度補償型水晶発振
器を使用する方法等により，ゲート信号２３の間隔を一
定にしなければならなかった．このため，温度測定装置
の消費電流が多くなり，電池では装置を長時間作動させ
ることができなかった． 【０００５】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は，温度
の上昇に対応して発振周波数が低くなる第１の水晶振動
子と，温度の上昇に対応して発振周波数が高くなる第２
の水晶振動子とを用い，両者の水晶振動子の発振周波数
が被測定温度の変化に対応して変わることを利用し，第
１の水晶振動子による周波数信号を分周して得た分周周
期の間に，第２の水晶振動子による周波数信号をカウン
トし，得られたカウント値に基づいて演算によって被測
定温度の変化を求める，恒温槽等を必要としない低消費
電力で作動する温度測定方法を提供することである． 【０００６】 【課題を解決するための手段】本発明による温度測定方
法によると，温度の上昇に対応して発振周波数が低くな
る第１の水晶振動子を有する第１の発振回路による周波
数信号を分周して分周信号を得るが，温度が上昇すると
発振周波数が低くなるため，その周波数信号を分周した
分周信号の間隔は温度の上昇と共に長くなる．一方，温
度の上昇に対応して発振周波数が高くなる第２の水晶振
動子を有する第２の発振回路による発振周波数は，温度
の上昇と共に高くなる．本発明では，温度が上昇すると
分周間隔が長くなる第１の水晶振動子による分周信号の
間，温度が上昇すると発振周波数が高くなる第２の水晶
振動子による周波数信号をカウントする．このため，両
者の作用が重なって温度の上昇に対応して１回の分周周
期の間に得られるカウント値が増加する．このカウント
値を用いて演算手段により被測定温度の変化を求める．
つまり，本発明の特徴は，第１の水晶振動子による発振
周波数信号と第２の水晶振動子による発振周波数信号の
両者から被測定温度の変化の情報を得ることである． 【０００７】 【発明の実施の形態】第１実施例 図２は第１実施例の主要なブロック図であり，温度の上
昇に対応して発振周波数が低くなる第１の水晶振動子３
１を有する第１の発振回路３２とその出力信号を分周す
る分周回路３３と，温度の上昇に対応して発振周波数が
高くなる第２の水晶振動子３４を有する第２の発振回路
３５とその出力信号をカウントするカウンタ３６と，前
記の分周回路３３により発振回路３２の出力信号を分周
して得た分周信号３９に基づいてカウンタ３６のカウン
ト値をラッチするラッチ手段３７と演算手段３８から構
成される． 【０００８】第１実施例では，第１の水晶振動子３１を
有する発振回路３２と，第２の水晶振動子３４を有する
発振回路３５とを，温度が同じように変化する環境に配
置する．一方で，発振回路３２による出力信号を分周回
路３３で分周しつつ，他方で，発振回路３５による出力
信号をカウンタ３６でカウントする．そして，分周回路
３３による分周信号３９を用いて，定期的にカウンタ３
６の値をラッチ手段３７でラッチする．このラッチした
カウント値に基づき演算手段３８によって被測定温度の
変化を求める． 【０００９】第１実施例において，第１の水晶振動子３
１と第２の水晶振動子３４の周辺の温度が上昇すると，
第１の発振回路３２より出力される発振周波数信号が低
くなるため，分周回路３３による分周周期が長くなり，
分周信号３９が出力される間隔が長くなる．一方，第２
の発振回路３５より出力される発振周波数信号が高くな
るため，単位時間にカウンタ３６によりカウントされる
カウント値は大きくなる． 【００１０】第１実施例において，温度が上昇すると，
分周回路３３による分周信号３９の間隔が長くなり，こ
の信号をラッチ信号として用いているため，カウンタ３
６によりカウントされるカウント値が増加するし，温度
が上昇すると第２の発振回路３５より高い周波数信号が
出力されカウント値が増加する．このように，２つの発
振回路による効果が重なるため，従来の方法より，カウ
ンタ３６でカウントされるラッチ信号（分周周期）の間
のカウント値が大きくなる． 【００１１】スイスＥＴＡ社（日本代理店光進センテッ
ク（株））のカタログデータによれば，ＥＴＡ社の水晶
温度センサＭＴ１の２５℃における発振周波数は２６
２．１４４ＫＨｚであり，発振周波数は３４．５ｐｐｍ
／℃の割合で変化し，温度の上昇に対応して発振周波数
が高くなる．また，セイコーエプソン（株）のカタログ
データ（ＱＵＡＲＴＺ ＣＲＹＳＴＡＬ １９９９／２
０００）によれば，セイコーエプソンの水晶温度センサ
ＨＴＳ−２０６の２５℃における発振周波数は４０ＫＨ
ｚであり，発振周波数は−２９．６ｐｐｍ／℃の割合で
変化し，温度の上昇に対応して発振周波数が低くなる． 【００１２】以下では，ＨＴＳ−２０６を第１の水晶振
動子，ＭＴ１を第２の水晶振動子とした構成で，ＭＴ１
の出力周波数を１．６３８４秒間カウントする場合につ
いて述べる．この１．６３８４秒は，ＨＴＳ−２０６の
２５℃の時の発振周波数である４０ＫＨｚを１６ビット
のバイナリーカウンタで分周した周期に相当する． 【００１３】温度が２５℃から２６℃に増加した場合，
ＨＴＳ−２０６による分周周期は， １．６３８４＊２９．６／１００００００＝４８．４９
６６４ｐｐｍ秒 長くなる．この分周周期が長くなった時間に相当する割
合でＭＴ１の発振周波数２６２．１４４ＫＨｚをカウン
トする割合が増えるから，カウント値の増加は， ２６２１４４Ｈｚ＊４８．４９６６４ｐｐｍ秒≒１２．
７ となる，一方，２５℃から２６℃になることで，ＭＴ１
の発振周波数そのものが， ２６２１４４＊３４．５＝９．０４３９６８ Ｈｚ高くなるから，１．６３８４秒間では，カウント値
の増加は， １．６３８４＊９．０４３９６８≒１４．８ となる，つまり，分周周期，言い換えればデータをラッ
チするラッチ時間の間隔が長くなったことによる増分
と，発振周波数が高くなったことによる増分を合わせ，
１℃当たり １２．７＋１４．８＝２７．５ カウント増加する．つまり，２５℃から２６℃の間で
は，１℃の変化があると１．６３８４秒間毎に２７．５
カウントの割合でカウント値が増加する．この割合は，
約０．０３６℃の分解能の温度測定ができることに相当
する． 【００１４】第２実施例 図３は第２実施例の主要なブロック図であり，温度の上
昇に対応して発振周波数が低くなる第１の水晶振動子３
１を有する第１の発振回路３２とその出力信号を分周す
る分周回路３３と，温度の上昇に対応して発振周波数が
高くなる第２の水晶振動子３４を有する第２の発振回路
３５とその出力信号をカウントするカウンタ３６と，前
記の分周回路３３により発振回路３３の出力信号を分周
して得た分周信号３９に基づいてカウンタ３６のカウン
ト値をラッチするラッチ手段３７と，ラッチされたデー
タを離れた場所に伝送する伝送手段４０，及び，離れた
場所に設置したデータ受信手段４１，及び，演算手段３
８から構成される． 【００１５】第１の水晶振動子３１を有する発振回路３
２，第２の水晶振動子３４を有する発振回路３５を，温
度が同じように変化する環境に配置する．一方で，発振
回路３２による出力信号を分周回路３３で分周しつつ，
他方で，発振回路３５による出力信号カウンタ３６に入
力する．そして，分周回路３３による分周信号３９を用
いて，カウンタ３６の値をラッチ手段３７でラッチす
る．ラッチしたカウント値をデータ伝送手段４０を用
い，離れた場所に設置したデータ受信手段４１まで伝送
し，データ受信手段４１により受信したデータに基づき
演算手段３８によって被測定温度の変化を求める． 【００１６】第２実施例において，第１の水晶振動子３
１と第２の水晶振動子３４の周辺の温度が上昇すると，
第１の発振回路３２より出力される周波数信号が低くな
るため，分周回路３３による分周周期が長くなり，分周
信号３９が出力される間隔が長くなる．一方，第２の発
振回路３５より出力される発振周波数信号が高くなるた
め，単位時間にカウンタ３６によりカウントされるカウ
ント値は大きくなる． 【００１７】第２実施例において，温度が上昇すると，
分周回路３３による分周信号３９の間隔が長くなり，こ
の信号をラッチ信号として用いているため，カウンタ３
６によりカウントされるカウント値が増加する．かつ，
温度が上昇すると第２の発振回路３５より高い周波数信
号が出力され，２つの発振回路による効果が重なり，カ
ウンタ３６でカウントされるラッチ信号間（分周周期）
のカウント値が大きくなる．このようにして得られたカ
ウント値をデータ伝送手段４０を介して離れた場所に設
置したデータ受信手段４１に伝送し，伝送されたカウン
ト値に基づいて演算手段３８により被測定温度の変化を
求める． 【００１８】データ伝送手段４０の具体的な一例には，
ラッチ手段３７としてのシフトレジスターＨＣ１６５に
ラッチしたカウンタ３６によるパラレルデータを，カウ
ント値に対応したビット毎にシリアルデータとしてデー
タ受信手段４１に伝送する方法がある． 【００１９】データ受信手段４１の具体的な一例には，
データ伝送手段４０からシリアルデータとして伝送され
てきたカウンタ３６のカウント値に対応したビットを，
シフトレジスターＨＣ４０９４に入力し，パラレルデー
タに変換する方法がある． 【００２０】データ受信手段を構成するシフトレジスタ
ーＨＣ４０９４にてパラレルデータに変換されたカウン
ト値を，演算手段３８で読み取り被測定温度の変化を求
める． 【００２１】 【発明の作用効果】本発明による温度測定方法では，実
施例１や実施例２で示したように，温度の上昇に対応し
て発振周波数が低くなる第１の水晶振動子と，温度の上
昇に対応して発振周波数が高くなる第２の水晶振動子と
を用い，被測定温度の変化に対応して両者の水晶振動子
の発振周波数が変わることを利用し，両者の水晶振動子
による効果を重ねるため，従来の方法より高感度で被測
定温度の変化が測定できる． 【００２２】本発明による温度測定方法では，第１と第
２の水晶振動子による周波数信号より被測定温度の変化
の情報を得る．このため，温度が既知である環境におい
て，該温度の変化の情報を持つカウント値と被測定温度
の関係を予め求めておけば，その関係に基づいて，第１
と第２の水晶振動子による周波数信号より得られたカウ
ント値から演算手段３８で被測定温度の変化が求まる． 【００２３】従来技術による温度測定方法では，温度変
化の情報を１つの水晶振動子から得るだけであり，基準
としての水晶振動子，ないしは，水晶発振器の周波数出
力を安定させなければ，精度よく温度の測定ができなか
った．つまり，温度測定の精度は，基準として用いる周
波数出力の安定度で決まり，測定時間を長くした場合
に，温度の分解能は向上しても測定精度は向上しなかっ
た．しかし，本発明による温度測定方法では，第１の水
晶振動子と第２の水晶振動子より得られる温度変化の情
報を，被測定温度の変化を求めるために利用しており，
温度変化の情報を持つカウント値と被測定温度の関係に
より温度測定の精度が決まり，測定時間を長くしても測
定誤差が累積しない構成で，測定時間を長くすることで
温度変化の情報を持つカウント値を大きな値にすれば，
被測定温度の分解能が向上するし，被測定温度を精度よ
く求めることができる効果がある． 【００２４】本発明の温度測定方法では，実施例１や実
施例２で示した第１の水晶振動子と第２の水晶振動子の
発振周波数を低くすれば，消費電力を少なくでき，感温
部の発熱を少なくできる．感温部での発熱量が少なけれ
ば，温度測定の際に被測定温度を乱しにくいため，被測
定温度の変化を精度よく求められる． 【００２５】本発明による温度測定方法では，一方の水
晶振動子の発振周波数を恒温槽等により安定させる必要
がなく，温度測定装置を低消費電力で作動させることが
できるため，電源に電池を用いることができる．しか
も，測定した温度変化の情報をデジタルデータとして離
れた場所に伝送できるため，従来技術で難しかった野外
で高精度の温度測定ができる携帯型の温度測定装置を製
作をできる． 【００２６】データ送信手段を含む感温部を電池で作動
させ，電磁波や超音波等を用いて，データ受信手段にデ
ータを伝送し，演算手段で被測定温度の変化を求める構
成にすれば，信号線を必要とせず野外で使用しやすい携
帯型の測定装置ができる． 【００２７】上記した実施例では，温度の上昇に対応し
て発振周波数が低くなる第１の水晶振動子と，温度の上
昇に対応して発振周波数が高くなる第２の水晶振動子と
を用い，両者の水晶振動子の発振周波数が被測定温度の
変化に対応して変わることを利用して被測定温度の変化
を求めている．そして，第１の水晶振動子として温度係
数が負である水晶振動子を，第２の水晶振動子として，
温度係数が正である水晶振動子を用いた．しかし，両者
を入れ替え，第２の水晶振動子による発振周波数を分周
して得た分周周期内に，第１の水晶振動子による発振周
波数をカウントした場合は，温度の上昇に伴って１回の
分周周期の間に得られるカウント値が減少することにな
るが，被測定温度とカウント値との関係を予め求めてお
けば，その関係を用いて演算により被測定温度の変化が
測定できるし，いずれか一方の温度係数の絶対値が小さ
くても被測定温度の変化の測定が行える． 【００２８】上記した実施例では，温度の変化によって
第１と第２の水晶振動子による発振周波数が変化するこ
とを情報として被測定温度の変化を求めたが，一方の水
晶振動子による発振周波数出力を，Ａ／Ｄ変換器等の電
子回路内で制御信号として使用されている発振回路の出
力信号に置き換えても効果は同じである． 【００２９】また，水晶振動子による発振周波数だけで
はなく，ＣＲ回路等，温度の変化に対応して発振周波数
が変化する電子回路の周波数出力であれば，被測定温度
の変化とカウント値との関係を予め求めておけば，その
関係を用いて演算により被測定温度の変化の測定が行え
る．

【図面の簡単な説明】 【図１】 従来の温度変化測定方法のブロック図であ
る． 【図２】 本発明による第１実施例の温度変化測定方法
のブロック図である． 【図３】 本発明による第２実施例の温度変化測定方法
のブロック図である． 【符号の説明】 １０ … 水晶温度センサ １１ … 発振回路 ２０ … 基準水晶振動子 ２１ … 発振回路 ２２ … カウンタ ２３ … ゲート信号 ２６ … ゲート回路 ２７ … カウンタ ３１ … 第１の水晶振動子 ３２ … 第１の発振回路 ３３ … 分周回路 ３４ … 第２の水晶振動子 ３５ … 第２の発振回路 ３６ … カウンタ ３７ … ラッチ手段 ３８ … 演算手段 ３９ … 分周信号 ４０ … データ伝送手段 ４１ … データ受信手段 ５０ … 感温部 ６０ … 演算装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 温度の上昇に対応して発振周波数が低く
   なる第１の水晶振動子を有する第１の発振回路と，温度
   の上昇に対応して発振周波数が高くなる第２の水晶振動
   子を有する第２の発振回路と，第１の発振回路による周
   波数信号を分周する分周手段と，第２の発振回路による
   周波数信号をカウントするカウント手段と，該分周手段
   による分周信号で該カウント手段によるカウント値をラ
   ッチするラッチ手段と，ラッチしたカウント値より演算
   により被測定温度の変化を演算する演算手段とを備え，
   温度の上昇に対応して発振周波数が低くなる第１の水晶
   振動子を有する第１の発振回路と，温度の上昇に対応し
   て発振周波数が高くなる第２の水晶振動子を有する第２
   の発振回路とを，温度が同じように変化する環境におい
   て発振させ，第１の水晶振動子による周波数信号を分周
   して得た分周信号で，第２の水晶振動子による周波数信
   号をカウントしているカウンタの値をラッチし，ラッチ
   して得た２つの発振周波数信号の変化の情報を持つカウ
   ント値から，演算により高精度で被測定温度の変化を求
   める，消費電流が少ないことを特徴とする温度測定方
   法．