JP2013164289A - 温度測定装置の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】サーミスタの温度検出の遅れ時間を短縮し得る制御装置を提供する。
【解決手段】サーミスタ１と、サーミスタ１に自己発熱用電力を印加し得る電力供給装置４とを備える。さらに、サーミスタ１から得られる測定温度を出力する温度判断部９と、車両状態から想定される被測定物の温度に対応するサーミスタ１の目標温度を設定する車両状態判断部１０と、測定温度と目標温度の温度差が所定値以上の場合には自己発熱制御の必要有りと判断して、温度差に応じて自己発熱用電力及び印加時間を設定する状態判断部８と、自己発熱制御の実行時に、自己発熱用電力を印加時間だけサーミスタ１に供給するよう電力供給装置４を制御するスイッチ切替部７を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、サーミスタを用いる温度測定装置における温度検出の遅れ時間を短縮する為の制御に関する。

温度検出用のセンサとしてサーミスタが広く用いられている。サーミスタは接触型の温度センサであり、サーミスタが被測定物と同じ温度になることで温度を検出する。つまり、被測定物とサーミスタで温度差があると、サーミスタが被測定物の温度になるまでの時間が温度検出の遅れ時間となる。この遅れ時間は、サーミスタと被測定物の温度差が大きくなるほど長くなる。また、被測定物の温度が変化する場合に、サーミスタがこの温度変化に追従できずに温度差が広がると、遅れ時間が増大する。

特許文献１には、上記の遅れ時間を補償するため、サーミスタの他に非接触型温度センサとして赤外線センサを備え、赤外線センサの検出値を用いてサーミスタによる検出温度を補正する構成が記載されている。

特開平３−７５５３１号公報

しかしながら、特許文献１のようにサーミスタの他に補正用のセンサを設ける構成では、部品点数の増加により構造が複雑化し、コスト増大を招くことになる。

そこで、本発明では、補正用のセンサ等を設けることなく、サーミスタによる温度検出の時間遅れを抑制することを目的とする。

本発明の温度測定装置の制御装置は、サーミスタに自己発熱用電力を供給し得る電力供給装置を備える。そして、サーミスタの測定温度と、サーミスタを含むシステムの状態に対応するサーミスタの目標温度との温度差が所定値以上の場合に、サーミスタを自己発熱させる自己発熱制御が必要と判断する。自己発熱制御が必要と判断した場合には、温度差に応じて自己発熱用電力及びその印加時間を設定し、これらの設定値に基づいて電力供給装置からサーミスタに電力を供給し、サーミスタを自己発熱により昇温させる。

本発明によれば、サーミスタの現在温度と目標温度の差が所定値以上になる状況では、電力供給装置から電力供給することによってサーミスタを自己発熱させるので、サーミスタを目標温度まで速やかに昇温させることができる。これにより、サーミスタの温度を被測定物の温度に速やかに近づけて、温度検出の応答遅れを抑制することができる。

図１は本発明の実施形態に係るシステムの構成図である。 図２はコントロールユニットが実行する制御ルーチンのフローチャートである。 図３は実施形態による効果を説明するためのタイムチャートである。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る温度測定用システムの構成図である。

本システムは、サーミスタ１と被測定物の温度差に起因する温度検出の時間遅れを抑制するために、サーミスタ１を自己発熱制御により昇温させて、速やかに被測定物の温度に近づけるものである。

自己発熱制御とは、サーミスタ１が電力印加した際に発熱する特性を利用して、通常運転時よりも大きな電力を印加して温度上昇を促進させる制御である。詳細については後述する。

本実施形態では、サーミスタ１を車両の吸気温度センサや冷却水温センサ等として用いる場合について説明する。

図１に示すように、本システムは、被測定物に接触して温度を検出するサーミスタ１と、サーミスタ１と電源３の間に介装されたバイアス抵抗２と、サーミスタ１とバイアス抵抗２の間に介装された第１スイッチ５を備える。また、第２スイッチ６を介してサーミスタ１に電力を供給する電力供給装置４を備える。

電源３は、車載されているバッテリ又はオルタネータであり、充電状態や車両の電力消費に応じて切り替えられる。

電力供給装置４は、自己発熱制御実行時にサーミスタ１に供給する電力を調整することができればよく、例えば変圧器等により電圧を制御してもよいし、電流の大きさを制御してもよい。なお、電力供給装置４を電源３とは別の独立したバッテリと電力調整機能を有する装置で構成してもよい。

第１スイッチ５、第２スイッチ６のＯＮ、ＯＦＦの切り替え、及び電力供給装置４の制御は、コントロールユニット１００が実行する。コントロールユニット１００は、車両の運転状態に関する情報（以下、車両状態情報１１という）、車載されている他の機器の故障診断に関する情報（以下、他機器故障診断情報１２という）を読み込む。車両状態情報１１は、例えばアクセル開度や車速である。

本システムのコントロールユニット１００は、スイッチ切替部７と、状態判断部８と、温度判断部９と、車両状態判断部１０とを備える。

スイッチ切替部７は、後述する温度判断部９及び状態判断部８の判断結果に応じて第１スイッチ５と第２スイッチ６の切り替えを行なう。

温度判断部９は、サーミスタ１とバイアス抵抗２にて分圧された電圧が入力され、これを温度に換算し、測定温度として状態判断部８へ出力する。また、測定温度が予め設定した閾値以下か否かの判断、及び、自己発熱制御後の測定温度が所定のバラツキ範囲内か否かの判断を行なう。

車両状態判断部１０は、サーミスタ１を含むシステム、つまり本実施形態では車両の状態を判断するシステム状態判断部であり、車速やアクセルペダル開度等の情報に基づいて、被測定物の目標温度を設定し、状態判断部８へ出力する。

状態判断部８は、入力された目標温度と測定温度を比較し、サーミスタ１の温度を上昇させる自己発熱制御の要否を判断する。自己発熱制御が必要と判断した場合は、必要な自己発熱制御の実行時間を算出し、実行時間及びスイッチ切替信号をスイッチ切替部７へ出力する。以下、コントロールユニット１００が実行する制御について具体的に説明する。

図２は、コントロールユニット１００が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、後述する異常判断がされることなく「ＥＮＤ」に到達したら、繰り返し実行する。なお、制御開始時は、第１スイッチ５がＯＮ、第２スイッチ６がＯＦＦの状態になっている。

ステップＳ１で、温度判断部９は現在の入力電圧を温度に換算して現在温度Ｔ１を取得し、取得した現在温度Ｔ１を状態判断部８へ出力する。

ステップＳ２で、温度判断部９は、現在温度Ｔ１が予め設定した閾値以下か否かを判断する。現在温度Ｔ１が閾値以下であればステップＳ３の処理を実行し、閾値を超えていればステップＳ１１で断線または短絡による異常状態であると判断し、本制御ルーチンを終了する。

ここで用いる閾値としては、例えば、想定し得る種々の運転状態において被測定物が到達し得る上限の温度より高い温度を設定すればよい。なお、ステップＳ１１で断線または短絡による異常があると判断した場合は、警告灯の点灯等により運転者に当該異常を認識させるようにしてもよい。後述するステップＳ１２についても同様である。

ステップＳ３で、車両状態判断部１０は車両状態情報１１に基づいて、サーミスタ１の目標温度ＴＳを設定し、状態判断部８及びスイッチ切替部７へ出力する。目標温度ＴＳは、サーミスタ１が測定物の温度を応答性よく検出し得る温度、つまり、現在の車両状態における被測定物の温度である。車両状態と、その車両状態で被測定物が取り得る温度との関係を予め調べておき、当該温度が取り得るバラツキの範囲内で目標温度ＴＳを設定する。例えば、車両の冷却水温計として用いる場合は、アクセル開度及び車速、さらに、機関始動時であれば前回運転終了からの経過時間等の車両状態情報１１に基づいて、当該車両状態で冷却水が取り得る温度のバラツキ範囲内で目標温度ＴＳを設定する。

ステップＳ４で、状態判断部８は目標温度ＴＳから現在温度Ｔ１を減算して温度差△Ｔ１を算出し、温度差△Ｔ１が規定値以上か否かを判断する。温度差△Ｔ１が規定値以上の場合は、応答遅れ時間を短縮する為に自己発熱制御が必要と判断して、ステップＳ５の処理を実行する。温度差△Ｔ１が規定値より小さい場合は、自己発熱制御は不要と判断して後述するステップＳ８の処理を実行する。本ステップで用いる規定値は、使用するサーミスタ１の熱時定数や、許容し得る応答遅れ時間等に応じて設定する。また、状態判断部８は算出した温度差△Ｔ１をスイッチ切替部７へ出力する。

ステップＳ５で、状態判断部８は目標温度ＴＳや温度差△Ｔ１、そしてサーミスタ１の自己発熱温度と印加電力の関係を示す下記の式（１）に基づいて、サーミスタ１の自己発熱のために印加する電力Ｗ及び印加時間ｔを算出し、算出結果をスイッチ切替部７へ出力する。

Ｔｓｈ＝Ｗ／δ ・・・（１）

すなわち、温度差△Ｔ１が大きいほど印加電力Ｗを高くすれば印加時間ｔは短くなり、サーミスタ１が昇温するまでの時間を短縮することができる。ただし、サーミスタ１が被測定物の温度を超えないような印加電圧Ｗを設定する必要がある。

式（１）において、Ｔｓｈは自己発熱温度［℃］、Ｗはサーミスタで消費される電力、つまり印加電力［ｍＷ］、δはサーミスタの熱拡散定数［ｍＷ／℃］
ステップＳ６で、スイッチ切替部７は、印加電力Ｗとなるように電力供給装置４を制御し、第１スイッチ５をＯＦＦに、第２スイッチ６をＯＮにする。これにより自己発熱制御が開始する。

ステップＳ７で、スイッチ切替部７は自己発熱制御開始から印加時間ｔが経過したか否かを判断する。印加時間ｔが経過していればステップＳ８の処理を実行し、経過していなければ経過するまでステップＳ６の状態を維持する。

ステップＳ８で、スイッチ切替部７は第１スイッチ５をＯＮに、第２スイッチ６をＯＦＦにして、電力供給装置４を停止する。これにより自己発熱制御が終了する。

ステップＳ９で、温度判断部９は自己発熱制御終了時の温度Ｔ２を取得する。

ステップＳ１０で、温度判断部９は、温度Ｔ２が目標温度ＴＳのバラツキ範囲内に入っているか否かを判断する。バラツキ範囲内に入っていればサーミスタ１を含む測定系は正常であると判断して今回のルーチンを終了し、バラツキ範囲から外れていればステップＳ１２の処理を実行する。

ステップＳ１２で、温度判断部９はサーミスタ１を含む測定系に異常が有ると判断する。なお、測定系に異常が有ると判断した場合に、他機器故障診断情報１２に基づいて、サーミスタ１の異常なのか、その他の機器の異常なのかを判別してもよい。この判別を行なうことで、修理を行なう際に修理個所の特定が容易になり、適切な処置を速やかに行うことが可能となる。

上記の制御により、車両状態に基づいて算出した目標温度ＴＳに応じて、自己発熱制御によりサーミスタ１の温度を高めることで、被測定物との温度差が収束するまでの時間を短縮し、温度検出の遅れ時間を短縮することができる。

また、本制御は、サーミスタ１の温度が被測定物の温度に対して大幅に低い場合に速やかに正確な温度検出を可能にするだけでなく、被測定物の温度が変化する場合に特に有効である。図３は被測定物が温度上昇する場合のタイムチャートである。図中の実線Ａは被測定物の温度、実線Ｂは自己発熱制御非実行時のサーミスタ１の温度、破線Ｃは自己発熱制御実行時のサーミスタ１の温度である。

タイミング０において被測定物とサーミスタ１の温度が同じであり、その後被測定物の温度が上昇し始めている。被測定物に接触しているサーミスタ１は自己発熱制御を実行しなくても徐々に温度上昇する。しかし、タイミングｔ１で自己発熱制御を開始することによってサーミスタ１の温度上昇速度を高めると、自己発熱制御を実行しない場合に比べて早期に被測定物の温度に収束することが分かる。このように、被測定物の温度が変化する場合に、被測定物の温度上昇に速やかに追従し、遅れ時間を短縮することができる。

なお、ステップＳ３における目標温度ＴＳの設定において、測定温度の時間変化の大きさに基づいて把握し得る被測定物の温度変化を考慮してもよい。

まず、温度判断部９でサーミスタ１の測定温度を所定の時間間隔△ｔ毎に取得し、時間間隔△ｔあたりの温度変化△Ｔ／△ｔを算出する。温度変化△Ｔ／△ｔが大きいほど被測定物の温度変化が急激であると推定できるので、車両状態に基づいて設定した目標温度ＴＳを、温度変化△Ｔ／△ｔが大きいほど高くなるよう補正する。その結果、被測定物が急激に温度上昇するような場合でも、的確に自己発熱制御の要否を判断し、サーミスタ１の温度を被測定物の温度に速やかに追従させるために必要な印加電圧Ｗを適切に設定することができる。

また、前述した特許文献１のようにサーミスタ１とは別に赤外線センサ等の補正用センサを設ける構成では、補正用センサが失陥した場合には誤った補正を行なうことになるうえ、補正後の温度だけでは補正用センサの失陥を判断することができない。これに対して本実施形態では、補正用センサが不要なので誤補正のおそれがない。

以上説明した実施形態による作用効果は、次の通りである。

サーミスタ１に自己発熱用の印加電力Ｗを供給し得る電力供給装置４を備え、コントロールユニット１００は、サーミスタ１の測定温度Ｔ１と、車両状態に対応する目標温度ＴＳとの温度差△Ｔ１が規定値以上の場合に、自己発熱制御が必要と判断する。そして、自己発熱制御が必要と判断した場合には、温度差△Ｔ１に応じて印加電力Ｗ及び印加時間ｔを設定し、これらの設定値に基づいて電力供給装置４からサーミスタ１に電力を供給し、サーミスタ１を自己発熱により昇温させる。これにより、サーミスタ１の温度を被測定物の温度に速やかに近づけ、温度検出の応答遅れを抑制することができる。

温度判断部９は、測定温度Ｔ１が所定温度以上の場合に、断線または短絡による異常が有ると判断する。これにより、サーミスタ１の応答遅れを抑制するだけでなく、断線や短絡といったサーミスタ１の実装状態の異常をも検出することができる。

温度判断部９は、自己発熱制御終了後の測定温度Ｔ２が目標温度ＴＳに対して所定のバラツキ範囲から外れている場合に、温度測定系に異常有りと判断する。これにより、サーミスタ１の応答遅れを抑制するだけでなく、サーミスタ１を含む温度測定系機器の異常を検知することができる。さらに、他機器故障診断情報１２を用いてサーミスタ１の異常か他機器の異常かを判別することもできる。

なお、上述した実施形態では、サーミスタ１を含む温度測定装置を、車両に搭載する場合について説明したが、これに限られるわけではない。車両に搭載する場合には車両状態に基づいてサーミスタ１の目標温度ＴＳを設定したが、車両以外に適用する場合も同様に、サーミスタ１を含むシステムの運転状態に応じて目標温度ＴＳを設定すればよい。

また、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

１ サーミスタ
２ バイアス抵抗
３ 電源
４ 電力供給装置
５ 第１スイッチ
６ 第２スイッチ
７ スイッチ切替部
８ 状態判断部
９ 温度判断部
１０ 車両状態判断部（システム状態判断部）
１１ 車両状態情報
１２ 他機器故障診断情報

Claims (5)

1. サーミスタと、
   前記サーミスタを自己発熱させるための自己発熱用電力を前記サーミスタに印加し得る電力供給装置と、
   前記サーミスタの検出信号を測定温度に変換する温度判断部と、
   前記サーミスタを含むシステムの状態に対応する前記サーミスタの目標温度を設定するシステム状態判断部と、
   前記測定温度と前記目標温度とを比較することにより前記サーミスタを自己発熱させる自己発熱制御の要否を判断し、前記測定温度と前記目標温度の温度差が所定値以上の場合には前記自己発熱制御の必要有りと判断して、前記温度差に応じて前記自己発熱用電力及び印加時間を設定する状態判断部と、
   前記自己発熱制御の実行時に、前記自己発熱用電力を前記印加時間だけ前記サーミスタに供給するよう前記電力供給装置を制御するスイッチ切替部と、
   を備えることを特徴とする温度測定装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の温度測定装置の制御装置において、
   前記温度判断部は、前記測定温度が所定温度以上の場合に、断線または短絡による異常が有ると判断する温度測定装置の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の温度測定装置の制御装置において、
   前記温度判断部は、前記自己発熱制御終了後の測定温度が前記目標温度に対して所定のバラツキ範囲から外れている場合に、温度測定系に異常有りと判断する温度測定装置の制御装置。
4. 請求項３に記載の温度測定装置の制御装置において、
   前記サーミスタ以外の温度測定系機器の故障を診断する他機器故障診断部を備え、
   前記温度判断部は、前記温度測定系に異常有りと判断した場合に、前記他機器故障診断部の診断結果に基づいて、前記サーミスタの異常か他の温度測定系機器の異常かを判別する温度測定装置の制御装置。
5. サーミスタと、
   前記サーミスタを自己発熱させるための自己発熱用電力を前記サーミスタに印加し得る電力供給装置と、
   を備える温度測定装置の制御方法において、
   前記サーミスタの検出信号を測定温度に変換し、
   前記サーミスタを含むシステムの状態に対応する前記サーミスタの目標温度を設定し、
   前記測定温度と前記目標温度とを比較することにより前記サーミスタを自己発熱させる自己発熱制御の要否を判断し、前記測定温度と前記目標温度の温度差が所定値以上の場合には前記自己発熱制御の必要有りと判断して、前記温度差に応じて前記自己発熱用電力及び印加時間を設定し、
   前記自己発熱制御の実行時に、前記自己発熱用電力を前記印加時間だけ前記サーミスタに供給するよう前記電力供給装置を制御することを特徴とする温度測定装置の制御方法。

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