JP2012137372A - Temperature measuring instrument - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は温度計測器、より詳細には、温度により抵抗値が変化する温度センサーを用いた温度計測器であって、その温度センサー自身が自らの抵抗温度特性に関する情報を担持している温度計測器に関するものである。 The present invention relates to a temperature measuring instrument, more specifically, a temperature measuring instrument using a temperature sensor whose resistance value changes with temperature, and the temperature sensor itself carries information on its own resistance temperature characteristic. It is about a vessel.
温度計測においては、その計測精度の向上に伴って、不確かさ(簡単に言えば、計測した値の信頼性)が問題とされるようになり、国際標準と関連を持たせて信頼性を高めることが重要になってきている。温度の計測方法(センシング方法)としては、様々な現象や効果を利用した種々のものが知られており、用途並びに目的に応じて使い分けられている。 In temperature measurement, as the measurement accuracy improves, uncertainty (in short, the reliability of the measured value) becomes a problem, and it is related to international standards to increase reliability. It has become important. As temperature measuring methods (sensing methods), various methods using various phenomena and effects are known, and they are properly used according to applications and purposes.
一般的に用いられている温度計測手段としては、温度により抵抗値が変化する温度センサー(サーミスタやRTD(測温抵抗体))、異種金属間の起電力を測る熱電対、半導体の順電圧の変化を利用するICセンサー等を挙げることができるが、本発明は、これらのうちの、温度により抵抗値が変化する温度センサーを対象としている。 Commonly used temperature measurement means include a temperature sensor (thermistor or RTD (temperature measuring resistor)) whose resistance changes with temperature, a thermocouple that measures electromotive force between different metals, and a forward voltage of a semiconductor. Although an IC sensor using change can be mentioned, the present invention is intended for a temperature sensor whose resistance value changes with temperature.
この種温度センサーは、温度に応じて抵抗値が変化するものであるが、その場合の温度と抵抗値の関係はR−T(抵抗値−温度)特性(抵抗温度特性)等と呼ばれ、その特性は個々のセンサーごとに区々で、画一的なものではない。そのため、メーカーにおいて各センサーごとにR−T特性が定義されて、出荷される。 This type of temperature sensor has a resistance value that varies depending on the temperature. In this case, the relationship between the temperature and the resistance value is called RT (resistance value-temperature) characteristics (resistance temperature characteristics), etc. Its characteristics vary from one sensor to another and are not uniform. Therefore, the manufacturer defines an RT characteristic for each sensor before shipment.
この温度により抵抗値が変化する温度センサーのうち、測温抵抗体の場合のR−T特性は線型に近いものであるが、サーミスタの場合のR−T特性は、対数的に変化するものとなる。これらいずれの場合においても、温度と抵抗値の関係は単純なものではなく、精度要求が高くなるに従い、3次あるいは4次の補正が必要になってくる。 Among the temperature sensors whose resistance values change depending on the temperature, the RT characteristic in the case of a resistance temperature detector is close to a linear type, but the RT characteristic in the case of a thermistor changes logarithmically. Become. In any of these cases, the relationship between the temperature and the resistance value is not simple, and a third-order or fourth-order correction becomes necessary as the accuracy requirement increases.
サーミスタは、温度に対する抵抗値の変化が大きく、且つ、安価であるために広く用いられているが、上記のとおりR−T特性についての標準的な規格がなく、メーカーごとに数十種類の規格が存在するのが普通であるため、実際には膨大な種類の特性の異なるサーミスタが供給されていることになる。そして、高精度のセンサーにはそれぞれ、個々に校正したR−Tテーブル(抵抗値と温度の対応を示す換算表)、あるいは、R−Tの関係を表す多項式の定数が提供されている。これらのR−T情報は、メーカーから文字やUSBメモリー、メールのファイル等によって使用者に供給され、使用者は、当該情報を計測機器のメモリーに読込んで使用する。 The thermistor is widely used because of its large resistance change with temperature and low cost. However, as described above, there is no standard for RT characteristics, and several tens of standards for each manufacturer. In general, there are a huge number of thermistors with different characteristics supplied. Each high-precision sensor is provided with an individually calibrated RT table (a conversion table indicating correspondence between resistance values and temperature) or a polynomial constant indicating the relationship between RT. The RT information is supplied to the user from the manufacturer by characters, USB memory, mail file, etc., and the user reads the information into the memory of the measuring device and uses it.
これらの技術に関連する先行技術文献としては、例えば、メモリー手段に低温領域用と高温領域用のR−Tデータを保有させ、切り替え利用可能にした温度計測器を開示する特許文献1(特開平5−45231号公報)や、R−Tテーブルを用いる代わりに、電圧−温度相互参照表及び温度−増分表を利用してその変換を実施し、それによりR−Tテーブルを保持するRAM又はROMの容量及びコストの削減を図った電圧の温度への変換装置を開示する特許文献2(特開平11−258068号公報)等がある。 Prior art documents related to these technologies include, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10) which discloses a temperature measuring instrument in which memory means retains RT data for a low temperature region and a high temperature region and can be used for switching. 5 or 45231), or a RAM or ROM that performs conversion using a voltage-temperature cross-reference table and a temperature-increment table instead of using an RT table, thereby holding the RT table Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-258068) discloses a device for converting a voltage to a temperature in which the capacity and cost of the battery are reduced.
また、R−Tテーブルをオンラインで保持するためのメモリー資源を必要とすることなく、サーミスタの抵抗値と温度との関係を表わす理論式を近似した高次多項式の各項の係数を保持することにより、高精度且つ高速な変換処理を可能にした変換演算装置を開示する特許文献3(特開2007−113921号公報)等もある。 In addition, the coefficient of each term of a high-order polynomial that approximates a theoretical expression representing the relationship between the resistance value of the thermistor and the temperature is held without requiring a memory resource for holding the RT table online. Patent Document 3 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-113921), etc., which discloses a conversion arithmetic device that enables high-precision and high-speed conversion processing.
例えば、多数のセンサーを用いて温度分布を求めたり、温度の差分を求めたりするような場合には高精度な温度センサーが必要とされ、計測の信頼性を担保するために、校正付きの温度センサーが用いられる。その場合、上述したように、その校正に関する情報は文字やUSBメモリー、メールのファイル等により供給され、使用者が当該校正情報を計測機器に読込んで使用するのであるが、温度センサーと校正情報が分離して供給されるために、多数のセンサーを使用するような場合に管理が難しくなり、間違いも発生しやすくなる。 For example, a high-precision temperature sensor is required when calculating the temperature distribution using a large number of sensors, or calculating the temperature difference, and a temperature with calibration is required to ensure measurement reliability. A sensor is used. In this case, as described above, the information related to the calibration is supplied by characters, a USB memory, a mail file, etc., and the user reads the calibration information into the measuring device and uses it. Since they are supplied separately, it becomes difficult to manage when a large number of sensors are used, and mistakes are likely to occur.
もちろん、温度センサー自身にR−T情報を保持させることも可能であるが、そのようにするためには、温度センサー自身の端子(一般に温度センサーのリード線は2本であり、RTDには3本や4本のものがある。)の他に、メモリー用の端子を別に設ける必要がある。そして、そのように構成した温度センサーは、特定のメーカーの特定のものとなるために汎用性に欠け、使用上制限が伴い、また、複数のメーカーが供給する多種多様なセンサーとの併用が困難となる。 Of course, it is possible to hold RT information in the temperature sensor itself, but in order to do so, the terminals of the temperature sensor itself (generally, the temperature sensor has two lead wires and the RTD has 3 In addition, there is a need for a separate memory terminal. In addition, the temperature sensor configured in this manner is specific to a specific manufacturer, so it lacks versatility, is limited in use, and is difficult to use with a wide variety of sensors supplied by multiple manufacturers. It becomes.
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、温度センサー自身のリード線以外にメモリー用のリード線を用いることなく、センサー自身が自らのR−T情報を保持することが可能であり、また、温度センサー自身のリード線しか使用しないために、R−T情報を保持したセンサーとこれを持たない多種多様なセンサーとの混用が可能となる温度計測器を提供することを課題とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and the sensor itself retains its own RT information without using a memory lead other than the temperature sensor itself. It is possible to provide a temperature measuring instrument that can use both a sensor that holds RT information and a variety of sensors that do not have this because only the lead of the temperature sensor is used. Is an issue.
上記課題を解決するための請求項1に記載の発明は、計測器本体とそれに接続される計測部とから成り、前記計測部は、温度により抵抗値が変化する温度センサーと、前記温度センサーの2本のリード線間にダイオードを介して並列接続される、前記温度センサーの抵抗値と温度の対応に関するR−T情報を記憶するメモリーとを含んで構成され、前記メモリーには、前記R−T情報の読出し時にのみ電流が流れ、温度計測時には電流が流れないようにしたことを特徴とする温度計測器である。 The invention according to claim 1 for solving the above-described problem comprises a measuring instrument main body and a measuring unit connected to the measuring instrument, wherein the measuring unit includes a temperature sensor whose resistance value changes according to temperature, and the temperature sensor. And a memory for storing RT information on the correspondence between the resistance value of the temperature sensor and the temperature, which is connected in parallel via a diode between two lead wires. The memory includes the R- The temperature measuring device is characterized in that a current flows only when reading T information and a current does not flow when measuring temperature.
一実施形態においては、前記計測器本体は、温度計測時に動作する温度計測部と、前記メモリーからの前記R−T情報の読み出し時に動作するR−T情報読出し部とから成り、前記温度計測部は、前記温度センサーにかかる電圧の向きを制御する一対のFETと、温度計測時において、前記温度センサーに温度計測の基準になる高安定化基準電圧を印加する計測用安定化電源と、前記温度センサーと分圧回路を形成するために前記温度センサーに直列接続される基準抵抗と、前記温度センサーによる計測値のAD変換を行うAD変換器とで構成される。 In one embodiment, the measuring instrument main body includes a temperature measuring unit that operates at the time of temperature measurement, and an RT information reading unit that operates at the time of reading out the RT information from the memory, and the temperature measuring unit Includes a pair of FETs for controlling the direction of the voltage applied to the temperature sensor, a stabilization power supply for measurement that applies a high stabilization reference voltage as a temperature measurement reference to the temperature sensor during temperature measurement, and the temperature A reference resistor connected in series to the temperature sensor to form a sensor and a voltage dividing circuit, and an AD converter that performs AD conversion of a measurement value by the temperature sensor.
また、一実施形態においては、前記R−T情報読出し部は、CPUに内蔵されるR−T情報読出し用のAD変換器と、前記メモリーからのR−T情報読出し時にONして前記メモリーの負荷と前記R−T情報読出し用のAD変換器を接続するアナログスイッチと、前記R−T情報の読出し時に前記メモリーに読出し用電圧を印加する読出し用安定化電源と、前記メモリーに直列接続されて前記メモリーの負荷抵抗となる抵抗を含んで構成される。 In one embodiment, the RT information reading unit is turned on when reading RT information from the memory and an AD converter for reading RT information built in the CPU. An analog switch that connects a load and the AD converter for reading the RT information, a reading power supply that applies a reading voltage to the memory when the RT information is read, and a serial connection to the memory And including a resistor which becomes a load resistance of the memory.
また、一実施形態においては、前記計測用安定化電源をOFFにし、前記一対のFETのON、OFFを切替え、前記アナログスイッチをONにし、前記CPUの入出力ポートを切り離し、前記メモリーに抵抗の負荷を与えた状態で、前記AD変換器を用いて前記メモリーのH出力レベルを記録し、次いで、前記CPUの入出力ポートからLレベルで出力して前記メモリーをリセットした後、前記CPUの入出力ポートを切り離し、前記メモリーのL出力レベルを前記R−T情報読出し用のAD変換器を用いて記録し、前記H出力レベルとL出力レベルの中間点を前記メモリーの出力信号のスレッシュレベルと設定する。 In one embodiment, the measurement stabilization power supply is turned off, the pair of FETs are turned on and off, the analog switch is turned on, the CPU input / output port is disconnected, and the memory has a resistance. With the load applied, the H output level of the memory is recorded using the AD converter, and then output from the input / output port of the CPU at the L level to reset the memory. The output port is disconnected, the L output level of the memory is recorded using the AD converter for reading RT information, and the intermediate point between the H output level and the L output level is set as the threshold level of the output signal of the memory. Set.
更に一実施形態においては、前記メモリーのR−T情報の読出しは、前記CPUの入出力ポートよりLレベルで出力した後、前記入出力ポートを切り離して一定時間後の信号レベルを前記R−T情報読出し用のAD変換器でチェックしてHレベルとLレベルを判定し、前記メモリーの出力がHレベルになったことを確認し、次のビットを読み出すために前記CPUの入出力ポートよりLレベルで出力した後、前記入出力ポートを切り離して前記R−T情報読出し用のAD変換器でHレベルとLレベルの判定を行う動作を反復することにより行う。 Further, in one embodiment, the RT information of the memory is read out by outputting the signal level at an L level from the input / output port of the CPU, then disconnecting the input / output port and setting the signal level after a predetermined time to the RT time. An AD converter for reading information checks to determine the H level and L level, confirms that the output of the memory has become H level, and reads the next bit from the I / O port of the CPU. After the output at the level, the input / output port is disconnected, and the operation for determining the H level and the L level by the AD converter for reading RT information is repeated.
本発明は上述したとおりであって、温度センサーのリード線以外にメモリー用のリード線を用いることなく、温度センサー自身にR−T情報を記憶させたメモリーを担持させているので、R−T情報を別媒体にて供給することに起因する誤用等のおそれがなく、R−T情報を保持したセンサーとこれを持たない多種多様なセンサーとの混用に何ら問題が起きない効果がある。 The present invention is as described above, and since the temperature sensor itself carries the memory storing the RT information without using the memory lead other than the temperature sensor lead, the RT There is no risk of misuse or the like due to the supply of information on another medium, and there is an effect that no problem occurs when the sensor holding the RT information is mixed with a wide variety of sensors that do not have this information.
また、多数の温度センサーを組み替えて別の計測に用いるような場合においても、センサー自身がR−T情報を保持しているために、間違ってR−Tテーブルを設定することが皆無となり、更に、計測中に破損した温度センサーのみを交換するような場合においても、再校正やマニュアルによるテーブルの設定が必要なく、以て、計測装置の信頼性を確保し得る効果がある。 Even when a large number of temperature sensors are rearranged and used for another measurement, since the sensors themselves hold RT information, there is no possibility of setting the RT table by mistake. Even when only the temperature sensor damaged during measurement is replaced, there is no need for recalibration or manual table setting, and the reliability of the measuring device can be ensured.
以下に、本発明を実施するための形態について、図面に依拠して説明する。図1は、本発明に係る温度計測器の構成を示すブロック図で、本計測器は、計測器本体Bと計測器本体Bに接続される計測部Aとから成る。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a temperature measuring instrument according to the present invention. This measuring instrument comprises a measuring instrument main body B and a measuring section A connected to the measuring instrument main body B.
計測部Aは、温度により抵抗値が変化するサーミスタ等の温度センサー1と、温度センサー1の2本のリード線間に、ダイオード3を介して並列接続されるメモリー2とを含んで構成される。メモリー2は、それが取り付けられている温度センサー1の抵抗値と温度の対応に関するR−T情報を記憶する。メモリー2としては、例えば、1−WireEEPROM(DS2431)(Maxim Integrated Products製)が用いられる。また、メモリー2には、その電源放電のために、放電用抵抗4が並列接続される。
The measuring unit A includes a temperature sensor 1 such as a thermistor whose resistance value changes according to temperature, and a
温度センサー1と並列にメモリー2を配置すると、メモリー2が消費する電流のために計測値に影響が及び、結果的に高精度な計測ができないことになる。そのために本発明においては、上記のとおりメモリー2と直列にダイオード3を配置することとし、後述する作用により、R−T情報の読出し時にのみメモリー2に電流が流れ、温度計測時にはメモリー2に電流が流れないようにしている。
If the
計測部Aが接続される計測器本体Bは、温度計測時に動作する温度計測部と、メモリー2からのR−T情報の読出し時に動作するR−T情報読出し部とから成る。
The measuring instrument main body B to which the measuring unit A is connected includes a temperature measuring unit that operates during temperature measurement and an RT information reading unit that operates when reading out RT information from the
温度計測部は、温度センサー1にかかる電圧の向きを制御する一対のFET5、6と、温度計測時において、温度センサー1に温度計測の基準になる高安定化基準電圧を印加する計測用安定化電源7と、温度センサー1と分圧回路を形成し、抵抗変動を電圧変動に変換するために温度センサー1に直列接続される基準抵抗8と、温度センサー1における計測値のAD変換を行うAD変換器9を含む。FET5は、メモリー2からのR−T情報読出し時にONとなって擬似的なGNDを形成し、温度計測時にはOFFとなる。また、FET6は、温度計測時にONとなって擬似的なGNDを形成し、メモリー2からのR−T情報読出し時にはOFFとなる。
The temperature measurement unit stabilizes the measurement by applying a pair of
R−T情報読出し部は、R−T情報読込み時に使用するAD変換器15と、メモリー2からのR−T情報読出し時にONしてメモリー2の負荷とAD変換器15とを接続するアナログスイッチ11と、R−T情報の読出し時にアナログスイッチ11のON動作に伴ってメモリー2に読出し用電圧を供給する読出し用安定化電源12と、メモリー2の負荷抵抗となる抵抗13とから成る。
The RT information reading unit is an analog switch that is used when reading RT information, and an analog switch that is turned on when RT information is read from the
AD変換器15は、計測器本体Bに接続されるCPU14に内蔵される。CPU14は、AD変換された計測値とメモリー2から読出された温度センサー1のR−T情報とから計測温度を演算する演算手段を含み、また、メモリー2にL信号を出力するための入出力ポート16を備える。
The
温度センサー1を複数組み込んだ温度計測器とする場合は、上記計測部Aと計測器本体Bはそのチャンネル分必要となり、それぞれ共通のCPU14に接続されることになる。
When a temperature measuring instrument incorporating a plurality of temperature sensors 1 is used, the measuring unit A and the measuring instrument main body B are required for the channels, and are connected to a
上記構成において、温度計測時にはFET5がOFF、FET6がONとなり、また、アナログスイッチ11がOFFとなって、CPU14の入出力ポート16を切り離す。その際、FET6がONとなって擬似的なGNDを形成し、FET5がOFFとなることにより、計測用安定化電源7からの温度計測の基準になる高安定化基準電圧VRが温度センサー1に印加される。
In the above configuration, at the time of temperature measurement, the FET 5 is turned off, the
温度センサー1には、分圧回路を構成するための基準抵抗8が直列接続されていて、周囲温度の変化に伴って変動する温度センサー1の抵抗の変動が電圧の変動に変更される。そして、その電圧変動がAD変換器9によりAD変換された後、CPU14の演算手段に送られ、そこにおいて、起動時にメモリー2から読出したR−T情報に基いて温度に変換され、適宜表示手段により表示される。その際、ダイオード3の作用でメモリー2には電流が流れないため、メモリー2が電流を消費して計測値に影響を及ぼすことがなく、以て、高精度な計測が保証される。
A reference resistor 8 for forming a voltage dividing circuit is connected in series to the temperature sensor 1, and the change in resistance of the temperature sensor 1 that changes with the change in ambient temperature is changed to the change in voltage. The voltage fluctuation is AD-converted by the
一方、メモリー2からのR−T情報読出し時には、アナログスイッチ11がONとなることによりメモリー2の負荷とAD変換器15とが接続され、メモリー2からデータを読出すための電源である読出し用安定化電源12により、負荷抵抗13を介してメモリー2に電圧が印加される。
On the other hand, when the RT information is read from the
メモリー2は温度センサー1に並列状態に接続されるので、メモリー2からの信号の出力レベルは小さく、且つ、温度センサー1の抵抗値により大きく変化するため、通常のロジックレベルでは読み出すことが困難である。そこで本発明においては、AD変換器15が、メモリー2からの信号のH出力レベルとL出力レベルの中間レベルをスレッシュレベルとして用いることにより、記憶情報を読出すようにしている。
Since the
即ち、計測用安定化電源7をOFFにしてFET5をON、FET6をOFF、また、アナログスイッチ11をONにしてCPU14の入出力ポート16を切り離し、メモリー2に抵抗13の負荷を与えた状態で、AD変換器15を用いてメモリー2のH出力レベルを記録する。次いで、CPU14の入出力ポート16からLレベルで出力してメモリー2をリセットした後、CPU14の入出力ポート16を切り離し、メモリー2のL出力レベルをAD変換器15を用いて記録する。こうして測ったH出力レベルとL出力レベルの中間点をメモリー2の出力信号のスレッシュレベルと設定する。
That is, the measurement
メモリー2のR−T情報の読込みは、CPU14の入出力ポート16よりLレベルで出力した後、入出力ポート16を切り離して一定時間後の信号レベルをAD変換器15でチェックし、HレベルとLレベルを判定する。そして、メモリー2の出力がHレベルになったことを確認して、次のビットを読み出すためにCPU14の入出力ポート16よりLレベルで出力した後、入出力ポート16を切り離してAD変換器15でHレベルとLレベルの判定を行う。以後上記操作を繰り返すことにより、メモリー2に記録してあるR−T情報を読み出す。
The RT information in the
なお、メモリー2からの情報読み出しに伴い、温度センサー1に電流が流れて自己発熱が生じるため、メモリー2からの情報読み出しは、計測器の起動時や温度センサー1の交換時のように、真に必要な時にのみ行うようにする。
As the information is read from the
1 温度センサー
2 メモリー
3 ダイオード
4 放電用抵抗
5 FET
6 FET
7 計測用安定化電源
8 基準抵抗
9 AD変換器
11 アナログスイッチ
12 読出し用安定化電源
13 負荷抵抗
14 CPU
15 AD変換器
16 入出力ポート
1
6 FET
7 Stabilized power supply for measurement 8
15 AD converter 16 I / O port
Claims (5)
前記計測部は、温度により抵抗値が変化する温度センサーと、前記温度センサーの2本のリード線間にダイオードを介して並列接続される、前記温度センサーの抵抗値と温度の対応に関するR−T情報を記憶するメモリーとを含んで構成され、
前記メモリーには、前記R−T情報の読出し時にのみ電流が流れ、温度計測時には電流が流れないようにしたことを特徴とする温度計測器。 It consists of a measuring instrument body and a measuring unit connected to it,
The measurement unit includes a temperature sensor whose resistance value varies with temperature, and an RT that relates to the correspondence between the resistance value of the temperature sensor and the temperature connected in parallel via a diode between two lead wires of the temperature sensor. And a memory for storing information,
A temperature measuring device characterized in that a current flows through the memory only when the RT information is read, and no current flows during temperature measurement.
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