JP2008002853A - Cold contact compensation circuit, correction method of cold contact compensation circuit, and temperature measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば熱電対の温接点及び冷接点間の温度差で発生する直流電圧に、前記冷接点の温度相当の直流電圧を補償する冷接点補償回路、この冷接点補償回路の校正方法及び、この冷接点補償回路を備えた温度測定装置に関する。 The present invention relates to a cold junction compensation circuit that compensates, for example, a DC voltage corresponding to the temperature of the cold junction with a DC voltage generated due to a temperature difference between the hot junction and the cold junction of a thermocouple, a calibration method for the cold junction compensation circuit, and The present invention also relates to a temperature measuring device provided with this cold junction compensation circuit.
従来、このような冷接点補償回路を備えた温度測定装置は、直流電圧毎に温度を対応付けた熱電対特性テーブル(基準熱起電力表)を予め備え、熱電対の温接点及び冷接点間の温度差で発生する直流電圧に、前記冷接点補償回路から、前記冷接点の現在温度に対応した補償電圧を加算し、この加算結果の直流電圧に対応した温度を熱電対特性テーブルから読み出し、この読み出した温度を温接点の現在温度として検出出力するものである。 Conventionally, a temperature measuring device equipped with such a cold junction compensation circuit is provided with a thermocouple characteristic table (reference thermoelectromotive force table) in which temperatures are associated with each DC voltage in advance, and between the hot junction and the cold junction of the thermocouple. The compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction is added from the cold junction compensation circuit to the DC voltage generated by the temperature difference of the temperature, and the temperature corresponding to the DC voltage of the addition result is read from the thermocouple characteristic table, This read temperature is detected and output as the current temperature of the hot junction.
また、このような冷接点補償回路は、冷接点の温度毎に補償電圧を対応付けた補償電圧テーブル(基準熱起電力表)と、熱電対の冷接点の現在温度に応じて電圧を出力する冷接点補償用ダイオードと、同冷接点補償用ダイオードに関わる順方向電圧温度特性に基づき、前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を前記冷接点の現在温度として検出する冷接点温度検出部と、この冷接点温度検出部にて検出した前記冷接点の現在温度に対応した補償電圧を補償電圧テーブルから読み出し、この読み出した補償電圧を生成する補償電圧生成部とを有している(例えば特許文献1参照)。 Further, such a cold junction compensation circuit outputs a voltage according to a compensation voltage table (reference thermoelectromotive force table) in which a compensation voltage is associated with each cold junction temperature and a current temperature of the cold junction of the thermocouple. Based on the cold junction compensation diode and the forward voltage temperature characteristics related to the cold junction compensation diode, the cold junction temperature detection detects the temperature corresponding to the output voltage of the cold junction compensation diode as the current temperature of the cold junction. And a compensation voltage generation unit that reads a compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction detected by the cold junction temperature detection unit from the compensation voltage table and generates the readout compensation voltage ( For example, see Patent Document 1).
このような従来の冷接点補償回路によれば、冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性に基づき、前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を前記冷接点の現在温度として検出するようにしたので、ダイオードの順方向電圧温度特性の直線性を利用して冷接点の現在温度を検出することができる。 According to such a conventional cold junction compensation circuit, the temperature corresponding to the output voltage of the cold junction compensation diode is detected as the current temperature of the cold junction based on the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode. Since it did in this way, the present temperature of a cold junction can be detected using the linearity of the forward voltage temperature characteristic of a diode.
また、冷接点補償回路の冷接点補償用ダイオードの出力電圧から冷接点の現在温度を特定するために使用する順方向電圧温度特性は、図5に示すように、そもそも冷接点補償用ダイオードの製品種別毎に3個以上の任意温度(絶対零度を除く)、例えば−10℃、25℃及び50℃等に対応した出力電圧値を予め測定し、これら3個以上の任意温度に対応した出力電圧値で順方向電圧温度特性を実測推定特性として製品種別毎に作成し、これら製品種別毎に作成した順方向電圧温度特性(実測推定特性)を平均化することで製品共通の順方向電圧温度特性(デフォルト特性)を使用するものである。尚、この製品共通の順方向電圧温度特性(デフォルト特性)の傾きは一定である。 Further, the forward voltage temperature characteristic used for specifying the current temperature of the cold junction from the output voltage of the cold junction compensation diode of the cold junction compensation circuit is as follows. Three or more arbitrary temperatures (excluding absolute zero) for each type, for example, output voltage values corresponding to −10 ° C., 25 ° C., 50 ° C., etc. are measured in advance, and output voltages corresponding to these three or more arbitrary temperatures A forward voltage temperature characteristic is created for each product type as a measured estimated characteristic by value, and the forward voltage temperature characteristic (actually estimated characteristic) created for each product type is averaged to average the forward voltage temperature characteristic common to the product. (Default characteristics) is used. Note that the slope of the forward voltage temperature characteristic (default characteristic) common to this product is constant.
従って、従来の冷接点補償回路によれば、同冷接点補償回路を備えた温度測定装置の出荷時に、図6に示すように、同冷接点補償回路で使用する冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性のシフト量に基づき、冷接点補償用ダイオードの製品種別に応じて、デフォルト特性を校正するようにしたので、このシフト校正した順方向電圧温度特性(シフト校正後推定特性)に基づき、冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を冷接点の現在温度として検出することができる。
しかしながら、上記従来の冷接点補償回路によれば、製品共通の順方向電圧温度特性(デフォルト特性)を使用し、図6に示すように冷接点補償用ダイオードの製品種別に応じて順方向電圧温度特性(デフォルト特性)のシフト量を校正し、このシフト量を校正した順方向電圧温度特性(シフト校正後推定特性)に基づき、冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を冷接点の現在温度として検出するようにしたが、冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾きは、その製品種別はもちろんのこと、同一種別の製品でも製品毎に異なるため、傾き誤差が生じて冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度にも誤差が生じ、その結果、正確な冷接点の現在温度を検出することができず、さらには、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧をも取得することができないため、温度測定装置として熱電対の温接点の現在温度を正確に測定することができない。 However, according to the above-described conventional cold junction compensation circuit, the forward voltage temperature characteristic (default characteristic) common to the products is used, and the forward voltage temperature according to the product type of the cold junction compensation diode as shown in FIG. The characteristic (default characteristic) shift amount is calibrated, and the temperature corresponding to the output voltage of the cold junction compensation diode is calculated based on the forward voltage temperature characteristic (estimated characteristic after shift calibration). Although the slope of the forward voltage temperature characteristics of the cold junction compensation diode differs depending on the product of the same type as well as the product type, a tilt error occurs and the cold junction is detected. An error also occurs in the temperature corresponding to the output voltage of the compensation diode, and as a result, the accurate current temperature of the cold junction cannot be detected. It is not possible to also obtain accurate compensation voltage, it is impossible to accurately measure the current temperature of the hot junction of the thermocouple as temperature measurement device.
また、上記従来の冷接点補償回路によれば、冷接点補償用ダイオードの傾き誤差を解消して冷接点温度測定精度の向上を図るために、安価な冷接点補償用ダイオードの代わりに、高価な白金線の感熱抵抗器を使用することも考えられるが、製品コストの増大に繋がる。 In addition, according to the conventional cold junction compensation circuit, in order to eliminate the tilt error of the cold junction compensation diode and improve the cold junction temperature measurement accuracy, an expensive cold junction compensation diode is used instead of an inexpensive cold junction compensation diode. Although it is conceivable to use a platinum wire thermal resistor, this leads to an increase in product cost.
本発明は上記点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制して冷接点温度測定精度の向上を図り、その結果、温接点の温度測定精度の向上を図ることができる安価な冷接点補償回路、その冷接点補償回路の校正方法及び、その冷接点補償回路を備えた温度測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to improve the cold junction temperature measurement accuracy by suppressing the inclination error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode. As a result, an inexpensive cold junction compensation circuit capable of improving the temperature measurement accuracy of the hot junction, a calibration method for the cold junction compensation circuit, and a temperature measurement device including the cold junction compensation circuit are provided.
上記目的を達成するために本発明の冷接点補償回路は、熱電対の冷接点の現在温度に応じて電圧を出力する冷接点補償用ダイオードと、同冷接点補償用ダイオードに関わる所定の順方向電圧温度特性に基づき、前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を前記冷接点の現在温度として検出する冷接点温度検出手段と、この冷接点温度検出手段にて検出した前記冷接点の現在温度に対応する補償電圧を生成する補償電圧生成手段とを有する冷接点補償回路であって、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正する校正手段を有するようにした。 In order to achieve the above object, the cold junction compensation circuit of the present invention includes a cold junction compensation diode that outputs a voltage according to the current temperature of the cold junction of the thermocouple, and a predetermined forward direction related to the cold junction compensation diode. Based on the voltage temperature characteristics, cold junction temperature detection means for detecting the temperature corresponding to the output voltage of the cold junction compensation diode as the current temperature of the cold junction, and the cold junction temperature detected by the cold junction temperature detection means A cold junction compensation circuit having compensation voltage generation means for generating a compensation voltage corresponding to a current temperature, wherein a band gap voltage corresponding to an absolute zero of the cold junction compensation diode and an arbitrary one of the cold junction compensation diodes Calibration means for calibrating the slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic based on the output voltage corresponding to the temperature is provided.
従って、本発明の冷接点補償回路によれば、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧が製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオードを使用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成することができ、その結果、この補償電圧を使用することで温度測定装置において温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。 Therefore, according to the cold junction compensation circuit of the present invention, it is noted that the band gap voltage corresponding to the absolute zero degree of the cold junction compensation diode is a point at which the error converges even if the product type or the product itself is different. The slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic is calibrated based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode. Therefore, even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, cold junction temperature measurement is possible by using the forward voltage temperature characteristic that suppresses the tilt error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode. The accuracy can be improved and an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction can be generated. As a result, temperature measurement can be performed by using this compensation voltage. It is possible to improve the temperature measurement accuracy of the hot junctions in the device.
また、本発明の冷接点補償回路の前記校正手段は、前記冷接点の現在温度に応じた前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧を測定し、この測定結果を前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とするようにしても良い。 Further, the calibration means of the cold junction compensation circuit of the present invention measures the output voltage of the cold junction compensation diode according to the current temperature of the cold junction, and the measurement result is used as an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode. The output voltage may correspond to the above.
従って、本発明の冷接点補償回路によれば、前記校正手段が、前記冷接点の現在温度に応じた前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧を測定し、この測定結果を前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とするようにしたので、冷接点補償用ダイオードの製品種別に関係なく、実際に使用する冷接点補償用ダイオードを使用して任意温度に対応する出力電圧を取得するため、従来に比較して極めて傾き誤差の少ない、冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性を取得することができる。 Therefore, according to the cold junction compensation circuit of the present invention, the calibration unit measures the output voltage of the cold junction compensation diode according to the current temperature of the cold junction, and the measurement result is used as the cold junction compensation diode. The output voltage corresponding to the arbitrary temperature is obtained using the cold junction compensation diode that is actually used regardless of the product type of the cold junction compensation diode. Therefore, it is possible to acquire the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode that has an extremely small inclination error as compared with the conventional case.
本発明の冷接点補償回路の前記任意温度は、前記冷接点補償回路の周囲環境温度に相当するようにしても良い。 The arbitrary temperature of the cold junction compensation circuit of the present invention may correspond to the ambient temperature of the cold junction compensation circuit.
従って、本発明の冷接点補償回路によれば、前記任意温度が、前記冷接点補償回路の周囲環境温度に相当するようにしたので、実際に使用する冷接点補償回路の周囲環境温度下の出力電圧を取得するため、冷接点補償回路の使用環境温度に沿った冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性を取得することができる。 Therefore, according to the cold junction compensation circuit of the present invention, since the arbitrary temperature corresponds to the ambient temperature of the cold junction compensation circuit, the output at the ambient temperature of the cold junction compensation circuit actually used is output. In order to acquire the voltage, it is possible to acquire the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode in accordance with the operating environment temperature of the cold junction compensation circuit.
また、上記目的を達成するために本発明の冷接点補償回路の校正方法は、熱電対の冷接点の現在温度に応じて電圧を出力する冷接点補償用ダイオードと、同冷接点補償用ダイオードに関わる所定の順方向電圧温度特性に基づき、前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を前記冷接点の現在温度として検出する冷接点温度検出手段と、この冷接点温度検出手段にて検出した前記冷接点の現在温度に対応する補償電圧を生成する補償電圧生成手段とを有する冷接点補償回路の校正方法であって、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにした。 In order to achieve the above object, the cold junction compensation circuit calibration method of the present invention includes a cold junction compensation diode that outputs a voltage according to the current temperature of the cold junction of the thermocouple, and a cold junction compensation diode. Based on the predetermined forward voltage temperature characteristics involved, a cold junction temperature detection means for detecting the temperature corresponding to the output voltage of the cold junction compensation diode as the current temperature of the cold junction, and detected by the cold junction temperature detection means A cold junction compensation circuit calibration method comprising compensation voltage generation means for generating a compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction, a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode, The slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic is calibrated based on the output voltage corresponding to the arbitrary temperature of the cold junction compensation diode.
従って、本発明の冷接点補償回路の校正方法によれば、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧が製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオードを使用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成することができ、その結果、この補償電圧を使用することで温度測定装置において温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。 Therefore, according to the cold junction compensation circuit calibration method of the present invention, the band gap voltage corresponding to the absolute zero degree of the cold junction compensation diode is a point at which the error converges even if the product type or the product itself is different. In particular, based on the band gap voltage corresponding to the absolute zero of the cold junction compensation diode and the output voltage corresponding to the arbitrary temperature of the cold junction compensation diode, the slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic is determined. Even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, the forward voltage temperature characteristic that suppresses the slope error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode is used. By improving the junction temperature measurement accuracy, an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction can be generated. As a result, this compensation voltage can be used. In it is possible to improve the temperature measurement accuracy of the hot junction at a temperature measuring device.
また、上記目的を達成するために本発明の温度測定装置は、熱電対の冷接点の現在温度に応じて電圧を出力する冷接点補償用ダイオードと、同冷接点補償用ダイオードに関わる所定の順方向電圧温度特性に基づき、前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧に対応する温度を前記冷接点の現在温度として検出する冷接点温度検出手段と、この冷接点温度検出手段にて検出した前記冷接点の現在温度に対応する補償電圧を生成する補償電圧生成手段とを有する冷接点補償回路を有し、前記熱電対の温接点及び冷接点間の温度差に応じて発生した直流電圧に、前記冷接点補償回路で生成した前記冷接点の現在温度に対応する前記補償電圧を加算し、この加算結果の直流電圧に応じて前記温接点の現在温度を検出する温度測定装置であって、前記冷接点補償回路は、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性を校正する校正手段を有するようにした。 In order to achieve the above object, the temperature measuring device of the present invention includes a cold junction compensation diode that outputs a voltage in accordance with the current temperature of the cold junction of the thermocouple, and a predetermined order related to the cold junction compensation diode. Based on the directional voltage temperature characteristics, cold junction temperature detection means for detecting the temperature corresponding to the output voltage of the cold junction compensation diode as the current temperature of the cold junction, and the cold junction detected by the cold junction temperature detection means A cold junction compensation circuit having a compensation voltage generating means for generating a compensation voltage corresponding to the current temperature of the thermocouple, and the DC voltage generated according to a temperature difference between the hot junction and the cold junction of the thermocouple A temperature measuring device that adds the compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction generated by a junction compensation circuit and detects the current temperature of the hot junction according to a DC voltage as a result of the addition. The compensation circuit calibrates the predetermined forward voltage temperature characteristic based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode. It has a calibration means.
従って、本発明の温度測定装置によれば、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧が製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、前記冷接点補償回路側の冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオードを利用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成し、その結果、この補償電圧を使用することで温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。 Therefore, according to the temperature measurement device of the present invention, focusing on the fact that the band gap voltage corresponding to the absolute zero degree of the cold junction compensation diode is the point where the error converges even if the product type or product itself is different, Based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode on the cold junction compensation circuit side and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode, the predetermined forward voltage temperature characteristic Since the slope is calibrated, even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, the forward voltage temperature characteristic that suppresses the slope error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode can be used. In order to improve the cold junction temperature measurement accuracy, an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction is generated, and as a result, using this compensation voltage, It is possible to improve the temperature measurement accuracy of the point.
上記のように構成された本発明の冷接点補償回路によれば、冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧が製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオードを利用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成することができ、その結果、この補償電圧を使用することで温度測定装置において温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。 According to the cold junction compensation circuit of the present invention configured as described above, the band gap voltage corresponding to the absolute zero degree of the cold junction compensation diode is a point at which the error converges even if the product type or the product itself is different. In particular, based on the band gap voltage corresponding to the absolute zero degree of the cold junction compensation diode and the output voltage corresponding to the arbitrary temperature of the cold junction compensation diode, the inclination of the predetermined forward voltage temperature characteristic is determined. Even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, the cold voltage compensation characteristics can be reduced by using the forward voltage temperature characteristic that suppresses the slope error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode. By improving the junction temperature measurement accuracy, an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction can be generated. As a result, by using this compensation voltage, It can be in degrees measuring device to improve the temperature measurement accuracy of the hot junction.
また、本発明の冷接点補償回路の校正方法によれば、冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧が製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオードを利用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成することができ、その結果、この補償電圧を使用することで温度測定装置において温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。 Further, according to the calibration method of the cold junction compensation circuit of the present invention, the band gap voltage corresponding to the absolute zero of the cold junction compensation diode is a point where the error converges even if the product type or the product itself is different. Pay attention and calibrate the slope of the predetermined forward voltage temperature characteristics based on the band gap voltage corresponding to the absolute zero of the cold junction compensation diode and the output voltage corresponding to the arbitrary temperature of the cold junction compensation diode. Therefore, even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, the cold junction can be obtained by using the forward voltage temperature characteristic that suppresses the slope error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode. The accuracy of temperature measurement can be improved, and an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction can be generated. It is possible to improve the temperature measurement accuracy of the hot junctions in the measuring device.
また、本発明の温度測定装置によれば、冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧が製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、前記冷接点補償回路側の冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオードを使用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成し、その結果、この補償電圧を使用することで温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。 Also, according to the temperature measuring device of the present invention, focusing on the fact that the band gap voltage corresponding to the absolute zero of the cold junction compensation diode is a point where the error converges even if the product type or the product itself is different, Based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode on the cold junction compensation circuit side and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode, a slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic Therefore, even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, by using the forward voltage temperature characteristic that suppresses the slope error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode, The accuracy of cold junction temperature measurement is improved, and an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction is generated. As a result, by using this compensation voltage, It is possible to improve the degree measurement accuracy.
以下、図面に基づいて本発明の冷接点補償回路に関わる実施の形態を示す温度測定装置について説明する。図1は本実施の形態を示す温度測定装置内部の概略構成を示すブロック図である。 Hereinafter, a temperature measuring apparatus showing an embodiment related to the cold junction compensation circuit of the present invention will be described based on the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration inside the temperature measuring apparatus according to the present embodiment.
図1に示す温度測定装置1は、熱電対2の温接点2A側の対象物の現在温度を測定すべく、熱電対2の冷接点2B側と接続する装置であって、温接点2A及び冷接点2B間の温度差に応じて直流電圧を発生する直流電圧発生回路11と、冷接点2Bの現在温度に対応した補償電圧を生成する冷接点補償回路12と、直流電圧発生回路11にて発生した直流電圧と冷接点補償回路12にて生成した補償電圧とを加算する直流電圧加算回路13と、直流電圧値毎に温接点2Aの温度を対応付けたテーブルを記憶管理した温接点側記憶部14と、直流電圧加算回路13の加算結果である直流電圧値に対応する温度を温接点側記憶部14内のテーブルから読み出し、この読み出した温度を温接点2Aの現在温度として検出し、この検出結果を出力する温接点温度測定回路15とを有している。
A temperature measuring device 1 shown in FIG. 1 is a device that is connected to the
温接点側記憶部14は、直流電圧値毎に温接点2Aの温度を対応付けたテーブル、すなわち熱電対2の材質に対応した基準熱起電力表を記憶管理しているものである。
The hot junction
冷接点補償回路12は、冷接点2Bの現在温度を検出すべく、冷接点2B側の現在温度に応じて電圧を出力する冷接点補償用ダイオード21と、冷接点補償用ダイオード21の順方向電圧温度特性を記憶した順方向電圧温度特性記憶部22と、冷接点補償用ダイオード21の出力電圧値に対応する冷接点2Bの温度を、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中の順方向電圧温度特性から読み出し、この読み出した温度を冷接点2Bの現在温度として検出する冷接点温度検出部23と、冷接点2Bの温度毎に補償電圧値を対応付けて記憶管理した補償電圧記憶部24と、冷接点温度検出部23にて検出した冷接点2Bの温度に対応する補償電圧値を補償電圧記憶部24から読み出し、この読み出した補償電圧値に基づき補償電圧を生成する補償電圧生成部25と、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中の順方向電圧温度特性を校正する校正部26とを有し、補償電圧生成部25は、生成した補償電圧を直流電圧加算回路13に入力するものである。尚、冷接点補償用ダイオード21は、冷接点2Bとほぼ同一の温度環境下にあるものとする。
The cold
補償電圧記憶部24は、温度毎に直流電圧値(補償電圧値)を対応付けたテーブル、すなわち熱電対2の材質に対応した基準熱起電力表を記憶管理しているものである。
The compensation
順方向電圧温度特性記憶部22は、温度測定装置1の工場出荷前、すなわち校正前の状態においては、製品共通の順方向電圧温度特性(デフォルト特性)を記憶しているものである。
The forward voltage temperature
また、校正部26は、冷接点補償用ダイオード21に使用する金属固有の絶対零度(例えば−273.15度)に対応した冷接点補償用ダイオード21の出力電圧値、すなわちバンドギャップ電圧値Vgを記憶管理しているものである。尚、冷接点補償用ダイオード21がシリコンダイオードの場合、そのバンドギャップ電圧値Vgは約1.2Vである。
Further, the
また、校正部26は、工場出荷時に順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中のデフォルト特性を、図2に示すように同冷接点補償回路12で使用する冷接点補償用ダイオード21の製品種別に応じたシフト量に基づき校正してシフト校正後推定特性を作成し、このシフト校正後推定特性を順方向電圧温度特性記憶部22に記憶更新するものである。
Further, the
さらに、校正部26は、シフト校正後推定特性を順方向電圧温度特性記憶部22に記憶更新した後、冷接点温度検出部23を通じて冷接点補償用ダイオード21の出力電圧値Vp及び、同出力電圧値Vpに対応した任意温度(冷接点2Bの現在温度)を測定し、この任意温度に対応した出力電圧値Vpと、記憶中の絶対零度に対応したバンドギャップ電圧値Vgとを使用し、(任意温度の出力電圧Vp−バンドギャップ電圧Vg)/(任意温度−絶対零度)の式に基づき順方向電圧温度特性の校正用の傾きを算出するものである。
Further, the
そして、校正部26は、校正用の傾きを算出すると、この校正用の傾きに基づき、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中のシフト校正後推定特性の傾きを校正し、この傾き校正したシフト校正後推定特性を傾き校正後推定特性(図3参照)として、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶更新するものである。
Then, after calculating the calibration inclination, the
その結果、冷接点補償回路12の冷接点温度検出部23は、運用時、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中の傾き校正後推定特性に基づき、冷接点補償用ダイオード21の出力電圧に応じて冷接点2B側の現在温度を検出するものである。
As a result, the cold junction
尚、請求項記載の冷接点温度検出手段は冷接点温度検出部23及び順方向電圧温度特性記憶部22、補償電圧生成手段は補償電圧生成部25及び補償電圧記憶部24、校正手段は校正部26に相当するものである。
The cold junction temperature detection means described in the claims is the cold junction
次に本実施の形態を示す温度測定装置1の動作について説明する。 Next, operation | movement of the temperature measuring apparatus 1 which shows this Embodiment is demonstrated.
まず、温度測定装置1の冷接点補償回路12内部の順方向電圧温度特性を校正する際の動作について説明する。図4は本実施の形態に関わる冷接点補償回路12の順方向電圧温度特性校正処理に関わる処理動作を示すフローチャートである。
First, the operation at the time of calibrating the forward voltage temperature characteristic inside the cold
まず、温度測定装置1の工場出荷時において、冷接点補償回路12内部の校正部26は、冷接点補償用ダイオード21の製品種別に対応したシフト量に基づき、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中のデフォルト特性をシフト校正してシフト校正後推定特性を作成し(ステップS11)、この作成したシフト校正後推定特性を順方向電圧温度特性記憶部22に記憶更新する(ステップS12)。
First, when the temperature measuring device 1 is shipped from the factory, the
校正部26は、シフト校正後推定特性を記憶更新すると、このシフト校正後推定特性に基づき、冷接点温度検出部23を通じて冷接点補償用ダイオード21の現在の出力電圧値Vp及び、この出力電圧値Vpに対応する冷接点2Bの現在温度を取得する(ステップS13)。
When the
校正部26は、冷接点2Bの現在温度及び出力電圧値Vpを取得すると、これら冷接点2Bの現在温度及び出力電圧値Vpと、記憶中の絶対零度及びバンドギャップ電圧値Vgを使用して、(出力電圧値Vp−バンドギャップ電圧値Vg)/(現在温度−絶対零度)に基づき、校正用の傾きを算出する(ステップS14)。
When the
さらに、校正部26は、校正用の傾きを算出すると、この校正用の傾きに基づき、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中のシフト校正後推定特性を校正して傾き校正後推定特性を作成する(ステップS15)。
Further, after calculating the calibration inclination, the
そして、校正部26は、傾き校正後推定特性を作成すると、この傾き校正後推定特性を順方向電圧温度特性記憶部22に記憶更新し(ステップS16)、この処理動作を終了する。
When the
その結果、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中の順方向電圧温度特性(傾き校正後推定特性)は、冷接点補償用ダイオード21に関わる金属固有の絶対零度のバンドギャップ電圧Vgを使用しているため、従来のような傾き誤差を最小限に抑制することができ、冷接点補償用ダイオード21の温度測定精度が向上したことになる。
As a result, the forward voltage temperature characteristic (estimated characteristic after slope calibration) stored in the forward voltage temperature
次に、このような順方向電圧温度特性の校正を実行した温度測定装置1の動作について説明する。 Next, the operation of the temperature measuring apparatus 1 that has performed such calibration of the forward voltage temperature characteristic will be described.
温度測定装置1内部の直流電圧発生回路11は、熱電対2の温接点2A及び冷接点2B間の温度差に応じて直流電圧を発生し、この直流電圧を直流電圧加算回路13に供給する。
The DC
冷接点補償回路12内部の冷接点温度検出部23は、冷接点2Bの現在温度に応じて冷接点補償用ダイオード21の出力電圧を検出し、順方向電圧温度特性記憶部22に記憶中の順方向電圧温度特性に基づき、この出力電圧値に対応した温度を冷接点2Bの現在温度として検出する。
The cold junction
補償電圧生成部25は、冷接点温度検出部23にて検出した冷接点2Bの現在温度に対応する補償電圧値を補償電圧記憶部24から読み出し、この読み出した補償電圧値に基づき補償電圧を生成し、この生成した補償電圧を直流電圧加算回路13に供給する。
The compensation
直流電圧加算回路13は、直流電圧発生回路11にて発生した直流電圧と、補償電圧生成部25にて生成した補償電圧とを加算し、この加算結果である直流電圧を温接点温度測定回路15に供給する。
The DC
温接点温度測定回路15は、直流電圧の直流電圧値に対応した温度を温接点側記憶部14から読み出し、この読み出した温度を温接点2Aの現在温度として測定出力することになる。
The hot junction
その結果、温度測定装置1によれば、冷接点補償回路12に記憶中の順方向電圧温度特性(傾き校正後推定特性)がバンドギャップ電圧値Vgを利用した傾き誤差の少ない順方向電圧温度特性であるため、この順方向電圧温度特性(傾き校正後推定特性)を使用することで温度測定精度の大幅向上を図ることができる。
As a result, according to the temperature measuring apparatus 1, the forward voltage temperature characteristics (estimated characteristics after tilt calibration) stored in the cold
本実施の形態によれば、冷接点補償用ダイオード21の絶対零度に対応したバンドギャップ電圧値Vgは製品種別や製品自体が異なったとしても誤差が収束するポイントであることに着目し、冷接点補償用ダイオード21の絶対零度に対応したバンドギャップ電圧値Vgと、例えば温度測定装置1の工場出荷時における冷接点補償用ダイオード21の周囲温度に対応した出力電圧値Vpとに基づき、所定の順方向電圧温度特性(シフト校正後順方向電圧温度特性)の傾きを校正するようにしたので、安価な冷接点補償用ダイオード21を使用したとしても、冷接点補償用ダイオード21の順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性(傾き校正後推定特性)を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点2Bの現在温度に対応した正確な補償電圧を生成し、その結果、この補償電圧を使用することで、温度測定装置1として温接点の温度測定精度の向上を図ることができる。
According to the present embodiment, paying attention to the fact that the band gap voltage value Vg corresponding to absolute zero of the cold
本実施の形態によれば、冷接点補償用ダイオード21の順方向電圧温度特性の傾きを算出する際に、冷接点2Bの現在温度に応じた冷接点補償用ダイオード21の出力電圧値Vpを測定するようにしたので、冷接点補償用ダイオード21の製品種別に関係なく、実際に使用する冷接点補償用ダイオード21を使用して現在温度の出力電圧値を取得するため、従来に比較して極めて誤差の少ない、冷接点補償用ダイオード21の順方向電圧温度特性を取得することができる。
According to the present embodiment, when calculating the slope of the forward voltage temperature characteristic of the cold
尚、上記実施の形態においては、冷接点補償用ダイオード21の順方向電圧温度特性の傾きを算出する際、工場出荷時の室温に相当する冷接点2Bの現在温度に応じた冷接点補償用ダイオード21の出力電圧値を測定するようにしたが、室温に限定するものではなく、様々な環境温度に対応可能であることは言うまでもない。
In the above embodiment, when calculating the slope of the forward voltage temperature characteristic of the cold
また、上記実施の形態においては、工場出荷時に冷接点補償用ダイオード21の順方向電圧温度特性の傾きを校正する際に、デフォルト特性を製品種別に対応したシフト量に基づきシフト校正後推定特性を作成した後、このシフト校正後推定特性を校正用傾きに基づき傾き校正後推定特性を作成するようにしたが、デフォルト特性からではなく、製品種別に対応したシフト校正後推定特性を予め記憶しておくようにしても良く、この場合、シフト校正の処理動作は必要なくなる。
In the above embodiment, when the inclination of the forward voltage temperature characteristic of the cold
本発明によれば、安価な冷接点補償用ダイオードを使用したとしても、同冷接点補償用ダイオードの順方向電圧温度特性の傾き誤差を抑制した順方向電圧温度特性を使用することで、冷接点温度測定精度の向上を図って、冷接点の現在温度に対応した正確な補償電圧を生成することができ、その結果、この補償電圧を使用することで温度測定装置において温接点の温度測定精度の向上を図ることができるため、例えば熱電対を利用した冷接点補償回路を使用する温度測定装置に有用である。 According to the present invention, even if an inexpensive cold junction compensation diode is used, by using the forward voltage temperature characteristic in which the inclination error of the forward voltage temperature characteristic of the cold junction compensation diode is suppressed, The temperature measurement accuracy can be improved, and an accurate compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction can be generated. As a result, by using this compensation voltage, the temperature measurement accuracy of the hot junction can be improved in the temperature measurement device. Since improvement can be aimed at, it is useful for the temperature measuring device which uses the cold junction compensation circuit using a thermocouple, for example.
1 温度測定装置
2 熱電対
2A 温接点
2B 冷接点
11 直流電圧発生回路(温度測定装置)
12 冷接点補償回路
13 直流電圧加算回路(温度測定装置)
14 温接点側記憶部(温度測定装置)
15 温接点温度測定回路(温度測定装置)
21 冷接点補償用ダイオード
22 順方向電圧温度特性記憶部(冷接点温度検出手段)
23 冷接点温度検出部(冷接点温度検出手段)
24 補償電圧記憶部(補償電圧生成手段)
25 補償電圧生成部(補償電圧生成手段)
26 校正部(校正手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12 Cold
14 Warm junction side storage (temperature measuring device)
15 Hot junction temperature measurement circuit (temperature measurement device)
21 Cold
23 Cold junction temperature detector (Cold junction temperature detection means)
24 Compensation voltage storage unit (compensation voltage generation means)
25 Compensation voltage generator (compensation voltage generator)
26 Calibration section (calibration means)
Claims (5)
前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正する校正手段を有することを特徴とする冷接点補償回路。 Based on the cold junction compensation diode that outputs a voltage according to the current temperature of the cold junction of the thermocouple, and a predetermined forward voltage temperature characteristic related to the cold junction compensation diode, the output voltage of the cold junction compensation diode is Cold junction temperature detection means for detecting the corresponding temperature as the current temperature of the cold junction, and compensation voltage generation means for generating a compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction detected by the cold junction temperature detection means A cold junction compensation circuit comprising:
Calibration means for calibrating the slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode A cold junction compensation circuit comprising:
前記冷接点の現在温度に応じた前記冷接点補償用ダイオードの出力電圧を測定し、この測定結果を前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とすることを特徴とする請求項1記載の冷接点補償回路。 The calibration means includes
The output voltage of the cold junction compensation diode according to the current temperature of the cold junction is measured, and the measurement result is set as an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode. The cold junction compensation circuit described.
前記冷接点補償回路の周囲環境温度に相当することを特徴とする請求項1又は2記載の冷接点補償回路。 The arbitrary temperature is
The cold junction compensation circuit according to claim 1, wherein the cold junction compensation circuit corresponds to an ambient temperature of the cold junction compensation circuit.
前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正することを特徴とする冷接点補償回路の校正方法。 Based on the cold junction compensation diode that outputs a voltage according to the current temperature of the cold junction of the thermocouple, and a predetermined forward voltage temperature characteristic related to the cold junction compensation diode, the output voltage of the cold junction compensation diode is Cold junction temperature detection means for detecting the corresponding temperature as the current temperature of the cold junction, and compensation voltage generation means for generating a compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction detected by the cold junction temperature detection means A cold junction compensation circuit calibration method comprising:
Calibrating the slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode; A method for calibrating a cold junction compensation circuit.
前記冷接点補償回路は、
前記冷接点補償用ダイオードの絶対零度に対応したバンドギャップ電圧と、前記冷接点補償用ダイオードの任意温度に対応した出力電圧とに基づき、前記所定の順方向電圧温度特性の傾きを校正する校正手段を有することを特徴とする温度測定装置。
Based on the cold junction compensation diode that outputs a voltage according to the current temperature of the cold junction of the thermocouple, and a predetermined forward voltage temperature characteristic related to the cold junction compensation diode, the output voltage of the cold junction compensation diode is Cold junction temperature detection means for detecting the corresponding temperature as the current temperature of the cold junction, and compensation voltage generation means for generating a compensation voltage corresponding to the current temperature of the cold junction detected by the cold junction temperature detection means The compensation corresponding to the current temperature of the cold junction generated by the cold junction compensation circuit is applied to a DC voltage generated according to the temperature difference between the hot junction and the cold junction of the thermocouple. A temperature measuring device that adds a voltage and detects a current temperature of the hot junction according to a DC voltage of the addition result,
The cold junction compensation circuit is:
Calibration means for calibrating the slope of the predetermined forward voltage temperature characteristic based on a band gap voltage corresponding to absolute zero of the cold junction compensation diode and an output voltage corresponding to an arbitrary temperature of the cold junction compensation diode A temperature measuring device comprising:
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2006
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