JP2008026084A - 熱電対温度計 - Google Patents

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Abstract

【課題】端子板の基準接点補償精度が向上された熱電対温度計を実現する。
【解決手段】端子板の基準接点補償手段を有する熱電対温度計において、前記端子板の一端に一端が接続され他端が前記端子板に沿って移動する移動手段と、この移動手段の他端に設けられた基準接点補償センサと、この基準接点補償センサを前記端子板に固定する固定手段とを具備したことを特徴とする熱電対温度計である。
【選択図】図1

Description

本発明は、端子板の基準接点補償精度が向上された熱電対温度計に関するものである。
熱電対温度計に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
特開平6−201485号公報
図6は従来より一般に使用されている従来例の構成説明図、図7は図6の要部説明図で(a)は正面図、(b)は側面図である。
図6において、熱電対1は相対温度を計測するセンサーである。
熱電対1で測定接点(測定対象ポイント)2の絶対温度を知るためには、基準接点3の温度を測る必要がある。
例えば、計測器4の端子5の温度を測定する方法がある。
図7に示す如く、端子板のベースプリント板11に、端子台12と、基準接点補償のプリント板アセンブリ13が設けられている。
図では示していないが、基準接点補償のプリント板アセンブリ13には、基準接点補償センサーの他に、センサーの周辺回路などが実装されていることもある。
コネクタ14は端子板アセンブリを計測器本体に接続するためのコネクタである。
図8は従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図で(a)は正面図、(b)は側面図、図9(a)は図8の動作説明図、図9(b)は測定端子23と基準接点補償センサ22の温度分布を示す。
従来の熱電対を用いた温度測定においては、熱電対の配線端子部21の測温接点の電圧を測定すると同時に、熱電対の配線端子部21の基準接点の温度を別の基準接点補償センサ22で測定を行う。
そして、測温接点との電位差を演算し、熱電対種類に応じた熱起電力に応じた補正(リニアライズ)を行う事で、測温接点の温度を測定している。
図8の温度測定入力部においては、端子温度(1―6CH)と同一温度となるよう基準接点補償センサ22が配置されている。
この測定入力端子23の部分と基準接点補償センサ22の温度差は、熱電対での温度測定時の誤差となる為、製品に応じて多点測定入力端子23間の温度差を小さくすると共に、その端子温度と等しくなるよう基準接点補償センサ22の配置を決定している。
24は端子カバー、25は筐体である。
このような装置においては、以下の間題点がある。
まず、図7従来例における問題点について説明する。
◇端子板における、温度勾配について
計測器では多くの場合、複数の計測チャンネルが存在する。例えば、先の図7では、10chの測定器の端子板アセンブリが例示されている。
ここで、1chから10chまでの端子間には温度に勾配が存在する。基準接点補償システムの誤差を狙った範囲に収める為には、端子間温度分布の代表値(例えば平均値)をサンプルできるポイントを、端子板アセンブリの空間上から探し出す必要がある。
例えば、1chの温度が一番高く、5chが平均温度、10chの温度が一番低いという状況の場合は、10ch付近に基準接点補償センサーをレイアウトすると、1chの測定値が基準から外れてしまう。それゆえ、代表値をサンプル出来る場所を探す事が重要である。
しかし、計測器内の部品の配置は種々様々で、したがって、発熱部品の位置も種々様々であり代表値をサンプル出来る場所を探し当てるには非常な時間を要する。
◇図7従来例の構成でのチューニング。
基準接点補償のプリント板アセンブリ13の温度測定値が、正確な値を示すように、事前に校正しておく。
基準接点補償のプリント板アセンブリ13は、コネクタ等で、端子板アセンブリのベースプリント板11に接続される。
端子台12の代表温度と同じ温度を測定できるように、基準接点補償のプリント板アセンブリ13内の基準接点補償センサの位置や、基準接点補償のプリント板アセンブリ13の位置や、その他の機械的な構造などを調整する。
以上の如く、
◇基準接点補償のプリント板アセンブリ13のレイアウト場所に多くの機械的な制約条件がある。
◇基準接点補償システムのチューニングに多くの開発工数が必要。
◇基準接点補償のプリント板アセンブリ13と端子台12の熱結合が難しい。
◇高精度の基準接点補償システムを設計する事が難しい。
◇端子板アセンブリが、急激な温度変化にさらされた場合、追従が遅い。
以下、各問題点を詳述する。
◇レイアウト・チューニングの難しさ。
基準接点補償のプリント板アセンブリ13は、端子板アセンブリ全体が許される狭い空間に比べると、比較的大きく、端子板アセンブリ内のどこにでも配置できる大きさでなく、配置に邪魔になる大きさである。
プリント板アセンブリ13を端子板アセンブリにコネクタ接続する場合に、コネクタ形状の制約で、取り付け形状がほぼ決まってしまう。通常は、端子板面に対して直角に取り付ける。
プリント板アセンブリ13に柔軟性が無い。
等の特徴があり、端子板アセンブリ内でのレイアウトを決める時に大きな制約がある。
例えば、図7では、コネクタ14の裏面は、空間的には余裕があるが、実際には基準接点補償のプリント板アセンブリ13をレイアウトすることができない。理由は、基準接点補償のプリント板アセンブリ13のコネクタをコネクタ14の裏側に設ける事が出来ないからである。
また、例えば、温度的には5chの+端子の近傍が、基準接点補償のプリント板アセンブリのレイアウトに最適な場所であった場合でも、機械的な制約が理由で、5chの+端子の近傍へのレイアウトが出来ない。
端子板アセンブリのベースプリント板11の上で、基準接点補償のプリント板アセンブリ13の位置を最適位置に移動するために、ベースプリント板11の上に複数のコネクタ接続用の穴を開けておくか、又は、ベースプリント板11そのものを作り直す必要がある。それゆえ、基準接点補償のプリント板アセンブリ13の位置の微調整が難しい。
図7では基準接点補償のプリント板アセンブリ13がベースプリント板11の図の上側(部品面)にレイアウトした例を示した。
しかし、製品によっては、スペースの都合で、基準接点補償のプリント板アセンブリ13をベースプリント板11の裏側に(つまり、コネクタ14の側=半田面)に、実装せざるをえない事もある。
一般的な物性としては、端子台12の近傍のほうが、温度条件が良いはずだが、裏面に基準接点補償のプリント板アセンブリ13を実装する場合は、さらにチューニングが困難になり、開発期間が長くかかる傾向になる。
要するに、まとめると、以上の如く、レイアウトの制約条件があるで、基準接点補償システムが示す温度が最適な温度を示すように調節するには、非常に多くの工数が必要となる。
◇熱結合の難しさ
一般的には、端子に近い位置に、基準接点補償センサーを物理的に密着させた方が、熱結合が良く、高精度の基準接点補償システムができる。
しかし、ベースプリント板11に対して垂直に実装される基準接点補償のプリント板アセンブリ13を、端子台12に密着させる事は、手間が掛かり、製作し難い。
また、基準接点補償のプリント板アセンブリ13をベースプリント板11の裏側(=半田面)に実装した場合は、端子台12への密着が困難なので、熱結合はさらに難しくなる。
◇高精度の基準接点補償システムを設計する事が難しい。
計測器の重要な要素の一つとして、測定精度がある。熱電対の温度測定では、基準接点補償システムの測定精度も、温度測定精度に影響する。現在より高精度の基準接点補償システムを作るには、現在の基準接点補償のプリント板アセンブリをこのまま用いる方式では困難である。
◇端子板アセンブリが、急激な温度変化にさらされた場合、測定値の追従が遅い。
端子板に温度変化があった場合、基準接点補償のプリント板アセンブリ13の測定値も遅延無く追従するのが理想的ではあるが、実際には遅れが生じる。つまり、追随していない時間帯は、熱電対測定システム全体の計測精度が落ちる。
これは端子板と基準接点補償の熱結合が緩い為である。
次に、図8従来例における問題点について説明する。
測定器単体においては、測定端子部と基準接点の温度差は、熱電対での温度測定時の誤差となる為、製品に応じて多点測定入力端子23間の温度差を小さくすると共に、その端子温度と等しくなるよう基準接点の配置を決定している。
しかしながら、具体的な実際のシステムの装置への組み込み環境によっては、図9に示す如く、測定機器の周囲に局部的な熱源Aがある場合がある。この場合その熱源Aの影響で測定端子ならび基準接点に温度分布が発生し、“多点入力CH部の端子温度”と“基準接点”の温度の平衡が崩れて温度測定誤差が大きくなる。
本発明の目的は、上記の課題を解決するもので、
図7従来例の問題点を解決するための目的は。
基準接点補償センサーのレイアウト場所を容易に位置決め可能にして、製品の開発期間を短縮する。
機械的構造的な制約を減らす。
ベースプリント板11との作り直し回数を減らす。
基準接点補償センサーと端子台12との熱結合を良くする。
基準接点補償を高精度化する。
端子板温度の急激な変動に対して、素早く追従する基準接点補償システムを開発する。
現在の趨勢である計測器の小型化に、対応できる構成とする。
図8従来例の問題点を解決するための目的は。
具体的な実際のシステム装置へ組み込み等で、図9に示す如く、測定機器の周囲に局部的な熱源Aがある場合、その熱源Aの影響で測定端子ならび基準接点に温度分布が発生し“多点入力CH部の端子温度”と“基準接点”の温度の平衡が崩れて温度測定誤差が大きくなる事を是正することにある。
このような課題を達成するために、本発明では、請求項1の熱電対温度計においては、
端子板の基準接点補償手段を有する熱電対温度計において、前記端子板の一端に一端が接続され他端が前記端子板に沿って移動する移動手段と、この移動手段の他端に設けられた基準接点補償センサと、この基準接点補償センサを前記端子板に固定する固定手段とを具備したことを特徴とする。
本発明の請求項2の熱電対温度計においては、請求項1記載の熱電対温度計において、
前記移動手段と前記基準接点補償センサとのユニットが少なくとも2ユニット以上使用されたことを特徴とする。
本発明の請求項3の熱電対温度計においては、請求項1又は請求項2記載の熱電対温度計において、
前記移動手段は、フレキシブルプリント板が使用されたことを特徴とする。
本発明の請求項4の熱電対温度計においては、請求項3記載の熱電対温度計において、
前記フレキシブルプリント板には、電気回路部品が設けられたことを特徴とする。
本発明の請求項5の熱電対温度計においては、請求項1乃至請求項4の何れかに記載の熱電対温度計において、
前記固定手段は、粘着剤が使用されたことを特徴とする。
本発明の請求項6の熱電対温度計においては、請求項4記載の熱電対温度計において、
前記粘着剤は両面テープが使用されたことを特徴とする。
本発明の請求項7の熱電対温度計においては、請求項4記載の熱電対温度計において、
前記粘着剤は接着剤が使用されたことを特徴とする。
本発明の請求項8の熱電対温度計においては、
端子板の基準接点補償手段を有する熱電対温度計において、前記端子板に設けられた基準接点補償センサに対応して配置され周囲温度環境の温度補正をするセンサ温度補正板と、所定端子ごとに対応して配置され前記所定端子ごとに周囲温度環境の温度補正をする端子温度補正板とを具備したことを特徴とする。
本発明の請求項9の熱電対温度計においては、請求項8記載の熱電対温度計において、
前記センサ温度補正板と端子温度補正板とは、前記端子板の側面に前記端子板の面に直交して設けられたことを特徴とする。
本発明の請求項10の熱電対温度計においては、請求項4記載の熱電対温度計において、
前記センサ温度補正板と前記端子温度補正板とは、前記端子板の面に直交方向にスライドすることを特徴とする。
本発明の請求項11の熱電対温度計においては、請求項8乃至請求項10の何れかに記載の熱電対温度計において、
前記センサ温度補正板と前記端子温度補正板とは、アルミ材からなることを特徴とする。
本発明の請求項1から請求項7によれば、次のような効果がある。
開発時には、基準接点補償センサーの位置を自由自在に変更できるので、チューニング期間が短縮される。
コネクタ位置など、基準接点補償レイアウト上の機械的な制約条件が大幅に減る。
基準接点補償レイアウト位置を変更しても、端子板アセンブリのベースプリント板などの設計条件にあまり影響を与えないので、プリント板の作り直し回数が減り、結果的に開発期間短縮につながる。
現状の方式よりも、端子(又は端子台)との熱結合が良いので、
チューニングが容易である。
基準接点補償の精度向上が期待できる。
端子板温度の急激な変動に対して、測定値が素早く追従する基準接点補償が実現可能である。
計測器のシステム装置への組み込み等によっては、測定器周辺の温度が比較的短時間に大きく変動する場合がある。このような場合に、測定値が温度変化に素早く追従できる基準接点補償が必要とされるからである。
複数の基準接点補償センサを容易に取り付け可能なので、端子温度の高精度な測定が可能になる。
本発明の請求項8から請求項11によれば、次のような効果がある。
周囲に局部的な熱源があるようなシステム装置へ組み込む環境で、熱電対温度計が配置される場合、その熱源の影響で測定端子ならび基準接点に温度分布が発生し“多点入力CH部の端子温度”と“基準接点”の温度の平衡が崩れて温度測定誤差が大きくなる問題がある。
本発明では、局部的な熱源があるような装置へ組み込んだ後、その熱源影響に応じて“多点入力CH部の端子”と“基準接点”に個別に温度補正板による温度補正をかけて、温度測定誤差を小さくする事が可能となる。
以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例の要部構成説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図、図2は図1の部品説明図である。
図において、図7と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図7との相違部分のみ説明する。
図1において、移動手段31は、端子板の一端に一端が接続され、他端が端子板に沿って移動する。
この場合は、移動手段31は、フレキシブルプリント板が使用されている。
また、この場合はフレキシブルプリント板31には、電気回路部品311が設けられている。
なお、フレキシブルプリント回路はFlexible Printed Circuitの略号である。
フレキシブルプリント回路の基材は絶縁体であり、その基材の上や基材と基材の間に導電体を挟んで電気回路が形成される。
312は、フレキシブルプリント板31の一端に設けられたフレキシブルプリント板31のコネクタである。
基準接点補償センサ32は、図2に示す如く、移動手段31の他端に設けられている。
固定手段33は、基準接点補償センサ32を端子板に固定する。
この場合は、固定手段33は、粘着剤が使用されている。
粘着剤33は、この場合は、両面テープが使用されている。
なお、粘着剤33は接着剤が使用されても良い。
以上の構成において、基準接点補償のセンサー32をフレキシブルプリント板31の上に取り付ける。
なお、図2のように基準接点補償センサー32の周辺回路311をフレキシブルプリント回路31の上に取り付けても良い。
基準接点補償のセンサー32部分を、温度を測りたい場所(端子もしくは端子台12)に取り付ける。
図1では、比較的長目に作ったフレキシブルプリント板31を折り曲げて5chの位置に取り付けている。例えばフレキシブルプリント板31を延ばせば、容易に1ch(右端のch)の位置の温度を計測可能である。
基準接点補償のセンサー32の取り付けにあたって、接着剤33を用いる
この場合、熱伝導性が良い接着剤を用いる
また、取り付けにあたって、両面テープ33を用いても良い。
この場合、熱伝導性が良い両面テープを用いる。通常、テープは非常に薄く、空気に比べて熱伝導が良いので、温度評価により優れた種類を採用できる。
設計段階では以上のようにして、基準接点補償のレイアウト場所のチューニングを行い、位置決めする。
製造段階では、決められた位置に基準接点補償センサなどが実装されたフレキシブルプリント回路アセンブリを貼り付ける。
この結果、
開発時には、基準接点補償センサー32の位置を自由自在に変更できるので、チューニング期間が短縮できる。
コネクタ312位置など、基準接点補償レイアウト上の機械的な制約条件が大幅に減る。
基準接点補償レイアウト位置を変更しても、端子板アセンブリのベースプリント板11などの設計条件にあまり影響を与えないので、プリント板の作り直し回数が減り、結果的に開発期間短縮につながる。
現状の方式よりも、端子(又は端子台12)との熱結合が良いので、
チューニングが容易である。
基準接点補償の精度向上が期待できる。
端子板温度の急激な変動に対して、測定値が素早く追従する基準接点補償が実現可能である。
計測器のシステム装置への組み込み等によっては、測定器周辺の温度が比較的短時間に大きく変動する場合がある。このような場合に、測定値が温度変化に素早く追従できる基準接点補償が必要とされるからである。
図3は、本発明の他の実施例の要部構成説明図である。
熱電対による温度測定を行う機器をシステム装置に組み込む場合等において、システム装置内部の周囲温度環境によっては温度測定に影響を及ぼす場合がある。
通常、熱電対を用いる多点温度測定器においては、多点入力CH部の端子温度を別途設けた一個の基準接点補償センサで測定し、測定端子部の温度として補償することで温度を測定する。
このとき測定機器の周囲温度が一定の環境であれば、周囲温度によらず“多点入力CH部の端子温度”と“基準接点補償センサ”の温度は平衡に保たれ温度測定誤差が小さく測定できる。
しかしながら、システム装置の組み込み環境等によっては、測定機器の周囲温度に極度な温度分布を持つ場合があり、この場合“多点入力CH部の端子温度”と“基準接点補償センサ”の温度平衡が崩れて温度測定誤差が大きくなる。
本実施例は、このような装置組み込み等で測定機器の周囲温度に極度な温度分布を持つ場合において、温度測定誤差を補償する方式に関する発明である。
図3において、移動手段31と基準接点補償センサ32とのユニットが少なくとも2ユニット以上使用されている。
このような場合も、図3のように、スペース形状的には容易に取り付けが可能である。 端子台12の両端に基準接点補償センサ32をレイアウトして、その間の端子温度の測定値を補完する事で、高精度な基準接点補償システムが実現できる。
この結果、複数の基準接点補償センサを容易に取り付け可能なので、端子温度の高精度な測定が可能になる。
図4は本発明の他の実施例の要部構成説明図で、(a)は正面図、(b)は側面図、図5は図4の動作説明図で、(a)は補正板41,42無し時の測定端子23と基準接点補償センサ22の温度分布、(b)は補正板41,42による測定端子23と基準接点補償センサ22の補償温度、(c)は補正板41,42による測定端子23と基準接点補償センサ22の温度補償後の温度分布である。
図において、図8と同一記号の構成は同一機能を表す。
以下、図8との相違部分のみ説明する。
図4において、センサ温度補正板41は、端子板21に設けられた基準接点補償センサ22に対応して配置され周囲温度環境の温度補正をする。
端子温度補正板42は、所定端子ごとに対応して配置され、所定端子ごとに周囲温度環境の温度補正をする。
この場合は、センサ温度補正板41は一個、端子温度補正板42は二個使用されている

この場合は、センサ温度補正板41と端子温度補正板42とは、端子板21の側面に端子板21の面に直交して設けられている。
この場合は、センサ温度補正板41と端子温度補正板42とは、端子板の面に直交方向にスライドする。
この場合は、センサ温度補正板41と端子温度補正板42とは、アルミ材からなる。
具体的には、図4実施例では、1CHから6CHの多点の測定端子23において、3CHと4CHとの間に、基準接点補償センサ22が配置されている。
以上の構成において、周囲温度が一定場合、多点の測定端子23と基準接点補償センサ22は温度平衡を保って正確な温度測定ができる、しかしながら温度測定器の近傍に局部的な熱源Aがある場合、その熱源Aの影響で、図5(a)に示す如く、多点測定入力端子23間ならび基準接点補償センサ22に温度差が生じ、温度測定誤差が大きくなる。
そこで、この熱源Aによる端子部(測定端子23、基準接点補償センサ22)の温度分布を補正するため、端子部下方に基準接点温度補正板41と端子温度補正板42とを個別に設け、基準接点温度補正板41と端子温度補正板42とを、図4(b)に示されているように、矢印Bに示す如く移動させて、基準接点温度補正板41と端子温度補正板42とを、図5(b)に示す如き補償温度になるように調整して、図5(c)に示す如く、熱平衡の崩れた各端子23間の温度ならび基準接点補償センサ22の温度を、等温度化し補正をする。
温度補正板41,42はアルミ等熱伝導の良い金属で、筐体25と熱結合させて筐体25の熱を補正板41,42に伝導させ、基準接点補償センサ22と端子23との下方から温度補正をかける。
補正板41,42は、基準接点補償センサ部22と端子部23に独立して配置され、又個別に伸縮できる構造として、補正温度に応じて移動させる事で温度平衡をとる構造とする。
この結果、
周囲に局部的な熱源Aがあるようなシステム装置へ組み込む環境で、熱電対温度計が配置される場合、その熱源の影響で測定端子23ならび基準接点補償センサ22に温度分布が発生し“多点入力CH部の端子23”と“基準接点補償センサ22”の温度の平衡が崩れて温度測定誤差が大きくなる問題がある。
本実施例では、局部的な熱源Aがあるような装置へ組み込んだ後、その熱源影響に応じて“多点入力CH部の端子23”と“基準接点補償センサ22”に個別に温度補正板41,42による温度補正をかけて、温度測定誤差を小さくする事が出来る。
なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
本発明の一実施例の要部構成説明図である。 図1の部品説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 本発明の他の実施例の要部構成説明図である。 図4の動作説明図である。 従来より一般に使用されている従来例の構成説明図である。 図6の要部説明図である。 従来より一般に使用されている他の従来例の構成説明図である。 図8の動作説明図である。
符号の説明
1 熱電対
2 測定接点
3 基準接点
4 計測器
5 端子
11 ベースプリント板
12 端子台
13 基準接点補償のプリント板アセンブリ
14 コネクタ
21 配線端子部
22 基準接点補償センサ
23 測定入力端子
24 端子カバー
25 筐体
31 移動手段
311 電気回路部品
312 コネクタ
32 基準接点補償センサ
33 固定手段
41 センサ温度補正板
42 端子温度補正板
A 熱源

Claims (11)

  1. 端子板の基準接点補償手段を有する熱電対温度計において、
    前記端子板の一端に一端が接続され他端が前記端子板に沿って移動する移動手段と、
    この移動手段の他端に設けられた基準接点補償センサと、
    この基準接点補償センサを前記端子板に固定する固定手段と
    を具備したことを特徴とする熱電対温度計。
  2. 前記移動手段と前記基準接点補償センサとのユニットが少なくとも2ユニット以上使用されたこと
    を特徴とする請求項1記載の熱電対温度計。
  3. 前記移動手段は、フレキシブルプリント板が使用されたこと
    を特徴とする請求項1又は請求項2記載の熱電対温度計。
  4. 前記フレキシブルプリント板には、電気回路部品が設けられたこと
    を特徴とする請求項3記載の熱電対温度計。
  5. 前記固定手段は、粘着剤が使用されたこと
    を特徴とする請求項1乃至請求項3の何れかに記載の熱電対温度計。
  6. 前記粘着剤は両面テープが使用されたこと
    を特徴とする請求項4記載の熱電対温度計。
  7. 前記粘着剤は接着剤が使用されたこと
    を特徴とする請求項4記載の熱電対温度計。
  8. 端子板の基準接点補償手段を有する熱電対温度計において、
    前記端子板に設けられた基準接点補償センサに対応して配置され周囲温度環境の温度補正をするセンサ温度補正板と、
    所定端子ごとに対応して配置され前記所定端子ごとに周囲温度環境の温度補正をする端子温度補正板と
    を具備したことを特徴とする熱電対温度計。
  9. 前記センサ温度補正板と端子温度補正板とは、前記端子板の側面に前記端子板の面に直交して設けられたこと
    を特徴とする請求項8記載の熱電対温度計。
  10. 前記センサ温度補正板と前記端子温度補正板とは、前記端子板の面に直交方向にスライドすること
    を特徴とする請求項9記載の熱電対温度計。
  11. 前記センサ温度補正板と前記端子温度補正板とは、アルミ材からなること
    を特徴とする請求項8乃至請求項10の何れかに記載の熱電対温度計。

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