JP2013231679A - Temperature measurement device and temperature measurement method - Google Patents

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Shuichi Watanabe
周一 渡辺
Keisuke Fujimoto
圭祐 藤本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately measure the temperature of a measuring target space without being affected by a humidity when the temperature of the measuring target space is measured by using a sound wave.SOLUTION: When the temperature of a measuring target space is measured based on sound wave propagation time between a sound wave transmitter and a sound wave receiver arranged by sandwiching the measuring target space and a relative humidity detected by a humidity sensor, an initial value of an original temperature is set (ST102). Temperature correction processing is performed to obtain a corrected temperature from the original temperature, the propagation time, and the relative humidity (ST104 to ST106, ST108 to ST110). Whether the obtained temperature has converged is determined (ST111). The temperature correction processing (ST108 to ST110) is repeated until the convergence is determined to obtain the temperature of the measuring target space.

Description

本発明は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置および温度測定方法に関するものである。   The present invention relates to a temperature measuring device and a temperature measuring method for measuring the temperature of a measurement target space based on the speed of sound.

空気中の音速が温度に応じて変化する原理を用いて、測定対象空間の温度を求める技術が知られている(特許文献1,2参照)。このような音速による温度測定の技術は、例えばリフロー炉のように、測定対象空間中に温度センサを直接設置することが難しい場合に都合が良い。また、例えば店舗、倉庫、ビニールハウスなどの広い空間全体の平均的な温度を取得したい場合に、温度センサを多数設置することなく、正確かつ効率的に温度を取得することができる利点がある。   A technique for obtaining the temperature of the measurement target space using the principle that the speed of sound in the air changes according to the temperature is known (see Patent Documents 1 and 2). Such a temperature measurement technique based on the speed of sound is convenient when it is difficult to directly install a temperature sensor in the space to be measured, such as a reflow furnace. In addition, for example, when it is desired to obtain an average temperature of an entire wide space such as a store, a warehouse, or a greenhouse, there is an advantage that the temperature can be obtained accurately and efficiently without installing a large number of temperature sensors.

また、空気中の音速は湿度に応じて変化することから、湿度の影響を受けない温度測定を行うために、湿度センサで測定対象空間の湿度を測定して、その湿度の測定値に基づいて音速に補正を加える技術が知られている(特許文献1参照)。   In addition, since the speed of sound in the air changes according to humidity, in order to perform temperature measurement that is not affected by humidity, the humidity sensor measures the humidity of the measurement target space and based on the measured humidity value. A technique for correcting the speed of sound is known (see Patent Document 1).

特開平1−255096号公報Japanese Patent Laid-Open No. 1-255096 特開2010−139251号公報JP 2010-139251 A

さて、音速に影響を与えるものは空気中の水蒸気圧(水蒸気量)であり、一方、湿度センサで検出されるものは一般的に相対湿度、すなわち飽和水蒸気圧(飽和水蒸気量)に対する水蒸気圧(水蒸気量)の割合である。このため、湿度による音速補正を高精度に行うには、湿度センサで得られる相対湿度の他に飽和水蒸気圧を知る必要がある。ところが、飽和水蒸気圧は温度に応じて変化するため、飽和水蒸気圧を求めるには温度を知る必要があり、結局、温度測定のために温度が必要となり、このままでは堂々巡りの状態となって温度を求めることができない。   Now, what affects the speed of sound is the water vapor pressure (water vapor amount) in the air, while what is detected by the humidity sensor is generally the relative humidity, that is, the water vapor pressure relative to the saturated water vapor pressure (saturated water vapor amount) ( The amount of water vapor). For this reason, in order to perform sound velocity correction with humidity with high accuracy, it is necessary to know the saturated water vapor pressure in addition to the relative humidity obtained by the humidity sensor. However, since the saturated water vapor pressure changes according to the temperature, it is necessary to know the temperature in order to obtain the saturated water vapor pressure, and eventually the temperature is necessary for temperature measurement. Cannot be asked.

一方、温度センサを設けて、この温度センサで検出された温度から飽和水蒸気圧を求める方法も考えられる。ところが、これでは、湿度センサの他に温度センサも必要になることから、コストが増大する問題が生じる。さらに、音速による温度測定の技術は、前記のように、測定対象空間中に温度センサを設置することが難しい場合に利用されることから、温度センサは測定対象空間に面した壁面に設置されることになるが、温度センサで検出される壁面の近傍の温度が測定対象空間全体の平均的な温度と大きく異なる場合もあるため、測定精度を十分に高めることができないという問題が生じる。   On the other hand, a method of providing a temperature sensor and obtaining the saturated water vapor pressure from the temperature detected by the temperature sensor is also conceivable. However, this requires a temperature sensor in addition to the humidity sensor, which causes a problem of increased cost. Furthermore, the temperature measurement technique based on the speed of sound is used when it is difficult to install a temperature sensor in the measurement target space as described above, and therefore the temperature sensor is installed on the wall surface facing the measurement target space. However, since the temperature near the wall surface detected by the temperature sensor may be significantly different from the average temperature of the entire measurement target space, there arises a problem that the measurement accuracy cannot be sufficiently increased.

本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する際に、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することができるように構成された温度測定装置および温度測定方法を提供することにある。   The present invention has been devised to solve such problems of the prior art, and its main purpose is to be affected by humidity when measuring the temperature of the measurement object space based on the speed of sound. It is another object of the present invention to provide a temperature measuring device and a temperature measuring method configured to be able to measure the temperature of the measurement target space with high accuracy.

本発明の温度測定装置は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器と、前記測定対象空間の相対湿度を検出する湿度センサと、前記音波送波器および前記音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得部と、前記伝播時間取得部で取得した伝播時間および前記湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を求める温度取得部と、を備え、この温度取得部は、元の温度の初期値を設定した上で、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。   The temperature measurement device of the present invention is a temperature measurement device that measures the temperature of a measurement target space based on the speed of sound, and includes a sound wave transmitter and a sound wave receiver that are disposed across the measurement target space, and the measurement A humidity sensor that detects the relative humidity of the target space, a propagation time acquisition unit that acquires a propagation time of a sound wave between the acoustic wave transmitter and the acoustic wave receiver, and a propagation time acquired by the propagation time acquisition unit And a temperature acquisition unit that obtains the temperature of the measurement target space based on the relative humidity detected by the humidity sensor, and the temperature acquisition unit sets an initial value of the original temperature, A temperature correction process for obtaining a temperature corrected from the temperature, the propagation time, and the relative humidity is repeated until the temperature of the measurement target space is obtained.

また、本発明の温度測定方法は、音波を用いて測定対象空間の温度を測定する温度測定方法であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得工程と、この伝播時間取得工程で取得した伝播時間および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を取得する温度取得工程と、を備え、この温度取得工程は、元の温度の初期値を設定する初期値設定工程と、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正工程と、この温度補正工程で求められた温度が収束したか否かを判定する収束判定工程と、を有し、この収束判定工程で収束したものと判定されるまで前記温度補正工程を繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。   Further, the temperature measurement method of the present invention is a temperature measurement method for measuring the temperature of the measurement target space using sound waves, and between the sound wave transmitter and the sound wave receiver arranged with the measurement target space interposed therebetween. A propagation time acquisition step of acquiring the propagation time of the sound wave at the time, a temperature acquisition step of acquiring the temperature of the measurement target space based on the propagation time acquired in the propagation time acquisition step and the relative humidity detected by the humidity sensor; The temperature acquisition step includes an initial value setting step for setting an initial value of the original temperature, a temperature correction step for obtaining a temperature corrected from the original temperature, the propagation time, and the relative humidity, A convergence determination step for determining whether or not the temperature obtained in the temperature correction step has converged, and the measurement target is repeated by repeating the temperature correction step until it is determined that the temperature has been converged in the convergence determination step. Sky A configuration in which determination of the temperature.

本発明によれば、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。これにより、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することが可能になる。また、必ずしも温度センサを備えた構成とする必要はなく、コストの増大を抑えることができる。   According to the present invention, the corrected temperature obtained by the temperature correction process satisfies the conditions of propagation time and relative humidity, that is, the temperature at which the sound velocity is corrected by humidity, and is a true temperature from the original temperature. By repeating this temperature correction process, it is possible to approach the true temperature. This makes it possible to measure the temperature of the measurement target space with high accuracy without being affected by humidity. In addition, it is not always necessary to provide a temperature sensor, and an increase in cost can be suppressed.

第1実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図1 is an overall configuration diagram showing a temperature measuring device according to a first embodiment. 音速から求められる温度の測定誤差を示す説明図Explanatory drawing showing temperature measurement error obtained from sound velocity コントローラで行われる温度取得処理の手順を示すフロー図Flow chart showing the procedure of temperature acquisition processing performed by the controller 第2実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図Overall configuration diagram showing a temperature measuring apparatus according to a second embodiment 温度測定装置の変形例を示す全体構成図Overall configuration diagram showing a modification of the temperature measuring device

前記課題を解決するためになされた第1の発明は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器と、前記測定対象空間の相対湿度を検出する湿度センサと、前記音波送波器および前記音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得部と、前記伝播時間取得部で取得した伝播時間および前記湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を求める温度取得部と、を備え、この温度取得部は、元の温度の初期値を設定した上で、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。   A first invention made to solve the above-described problem is a temperature measurement device for measuring the temperature of a measurement target space based on the speed of sound, and a sound wave transmitter and a sound wave arranged with the measurement target space interposed therebetween A receiver, a humidity sensor that detects relative humidity of the measurement target space, a propagation time acquisition unit that acquires a propagation time of a sound wave between the sound wave transmitter and the sound wave receiver, and the propagation time A temperature acquisition unit that obtains the temperature of the measurement target space based on the propagation time acquired by the acquisition unit and the relative humidity detected by the humidity sensor, and the temperature acquisition unit sets an initial value of the original temperature After that, the temperature correction process for obtaining the temperature corrected from the original temperature, the propagation time, and the relative humidity is repeated until the temperature of the measurement target space is obtained.

これによると、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。これにより、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することが可能になる。また、必ずしも温度センサを備えた構成とする必要はなく、コストの増大を抑えることができる。   According to this, the corrected temperature obtained by the temperature correction processing satisfies the conditions of propagation time and relative humidity, that is, the temperature at which the sound velocity has been corrected by humidity, and is closer to the true temperature than the original temperature. Then, it is possible to approach the true temperature by repeating this temperature correction process. This makes it possible to measure the temperature of the measurement target space with high accuracy without being affected by humidity. In addition, it is not always necessary to provide a temperature sensor, and an increase in cost can be suppressed.

また、第2の発明は、前記温度取得部は、前記温度補正処理において、前記元の温度から飽和水蒸気圧を求め、この飽和水蒸気圧および前記相対湿度から水蒸気圧を求め、この水蒸気圧および前記伝播時間から補正された温度を求める構成とする。   In the second invention, the temperature acquisition unit obtains a saturated water vapor pressure from the original temperature in the temperature correction process, obtains a water vapor pressure from the saturated water vapor pressure and the relative humidity, The temperature is corrected from the propagation time.

これによると、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度を求めることができる。   According to this, it is possible to obtain the temperature that satisfies the conditions of propagation time and relative humidity, that is, the temperature at which the sound velocity is corrected by the humidity.

また、第3の発明は、前記温度取得部は、乾燥空気と仮定して前記伝播時間から求められた温度を前記元の温度の初期値に設定する構成とする。   Moreover, 3rd invention sets the said temperature acquisition part as the initial value of the said original temperature for the temperature calculated | required from the said propagation time supposing dry air.

これによると、元の温度の初期値を簡単に設定することができ、温度取得部での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。   According to this, it is possible to easily set the initial value of the original temperature, and it is possible to reduce the processing load in the temperature acquisition unit and increase the processing speed.

また、第4の発明は、前記測定対象空間に面した壁面の近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記温度取得部は、前記温度センサで検出された温度を前記初期値に設定する構成とする。   The fourth aspect of the invention further includes a temperature sensor that detects a temperature in the vicinity of the wall surface facing the measurement target space, and the temperature acquisition unit sets the temperature detected by the temperature sensor to the initial value. The configuration.

これによると、測定対象空間の実際の温度に近い値で温度補正処理を開始することができるため、温度補正処理の繰り返しで収束するまでの繰り返し回数を減らすことができ、温度取得部での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。   According to this, since the temperature correction process can be started at a value close to the actual temperature of the measurement target space, it is possible to reduce the number of repetitions until convergence is achieved by repeating the temperature correction process, and the process in the temperature acquisition unit The processing load can be reduced and the processing speed can be increased.

また、第5の発明は、前記測定対象空間の気圧を検出する気圧センサをさらに備え、前記温度取得部は、前記気圧センサで検出された気圧に基づいて前記測定対象空間の温度を求める構成とする。   The fifth aspect of the present invention further includes an atmospheric pressure sensor that detects an atmospheric pressure of the measurement target space, and the temperature acquisition unit obtains the temperature of the measurement target space based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor. To do.

これによると、測定対象空間の温度をより一層高精度に測定することができる。   According to this, the temperature of the measurement object space can be measured with higher accuracy.

また、第6の発明は、音波を用いて測定対象空間の温度を測定する温度測定方法であって、前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得工程と、この伝播時間取得工程で取得した伝播時間および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を取得する温度取得工程と、を備え、この温度取得工程は、元の温度の初期値を設定する初期値設定工程と、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正工程と、この温度補正工程で求められた温度が収束したか否かを判定する収束判定工程と、を有し、この収束判定工程で収束したものと判定されるまで前記温度補正工程を繰り返して前記測定対象空間の温度を求める構成とする。   Further, the sixth invention is a temperature measurement method for measuring the temperature of the measurement target space using sound waves, and between the sound wave transmitter and the sound wave receiver arranged with the measurement target space interposed therebetween. A propagation time acquisition step of acquiring the propagation time of the sound wave, and a temperature acquisition step of acquiring the temperature of the measurement target space based on the propagation time acquired in this propagation time acquisition step and the relative humidity detected by the humidity sensor, The temperature acquisition step includes an initial value setting step for setting an initial value of the original temperature, a temperature correction step for obtaining a temperature corrected from the original temperature, the propagation time, and the relative humidity, and the temperature A convergence determination step for determining whether or not the temperature obtained in the correction step has converged, and the temperature correction step is repeated until it is determined that the temperature has been converged in the convergence determination step. Temperature And Mel configuration.

これによると、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。これにより、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することが可能になる。また、必ずしも温度センサを備えた構成とする必要はなく、コストの増大を抑えることができる。   According to this, the corrected temperature obtained by the temperature correction processing satisfies the conditions of propagation time and relative humidity, that is, the temperature at which the sound velocity has been corrected by humidity, and is closer to the true temperature than the original temperature. Then, it is possible to approach the true temperature by repeating this temperature correction process. This makes it possible to measure the temperature of the measurement target space with high accuracy without being affected by humidity. In addition, it is not always necessary to provide a temperature sensor, and an increase in cost can be suppressed.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1実施形態)
図1は、第1実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図である。この温度測定装置1は、音速に基づいて測定対象空間Sの温度を測定するものであり、超音波送波器2を有する送波側装置3と、超音波受波器4を有する受波側装置5と、測定対象空間Sの湿度を検出する湿度センサ6と、送波側装置3および受波側装置5を制御するとともに測定対象空間Sの温度を取得するコントローラ7と、コントローラ7で取得した測定対象空間Sの温度を表示する表示装置8と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a temperature measurement device according to the first embodiment. This temperature measurement device 1 measures the temperature of the measurement target space S based on the speed of sound, and includes a transmission side device 3 having an ultrasonic transmitter 2 and a reception side having an ultrasonic receiver 4. Acquired by the device 5, the humidity sensor 6 for detecting the humidity of the measurement target space S, the controller 7 for controlling the transmission side device 3 and the reception side device 5 and acquiring the temperature of the measurement target space S, and the controller 7 And a display device 8 for displaying the temperature of the measured measurement space S.

超音波送波器2および超音波受波器4は、測定対象空間Sを挟んで互いに対向して配置され、超音波送波器2から送波された超音波が超音波受波器4により受波される。超音波送波器2は、送波用の振動子を有する。超音波受波器4は、受波用の振動子を有する。   The ultrasonic wave transmitter 2 and the ultrasonic wave receiver 4 are arranged to face each other across the measurement target space S, and the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitter 2 is transmitted by the ultrasonic wave receiver 4. Received. The ultrasonic wave transmitter 2 has a transducer for wave transmission. The ultrasonic receiver 4 has a vibrator for receiving waves.

また、この温度測定装置1は、超音波送波器2の送波動作と超音波受波器4の受波動作とを同期させるために、送波側装置3に同期信号発信器11を備え、受波側装置5に同期信号受信器12を備えている。この同期信号発信器11および同期信号受信器12は、測定対象空間Sを挟んで互いに対向して配置され、同期信号発信器11から電波で送信された同期信号が同期信号受信器12で受信される。なお、同期信号の送受信には、電波に限らず、可視光や赤外光を用いることも可能である。   In addition, the temperature measuring device 1 includes a synchronization signal transmitter 11 in the transmission side device 3 in order to synchronize the transmission operation of the ultrasonic transmitter 2 and the reception operation of the ultrasonic receiver 4. The receiving device 5 includes a synchronization signal receiver 12. The synchronization signal transmitter 11 and the synchronization signal receiver 12 are arranged opposite to each other with the measurement target space S interposed therebetween, and the synchronization signal transmitted from the synchronization signal transmitter 11 by radio waves is received by the synchronization signal receiver 12. The Note that transmission / reception of the synchronization signal is not limited to radio waves, and visible light or infrared light can also be used.

送波側装置3は、超音波送波器2および同期信号発信器11の他に、CPU13と、CPU13からの駆動信号を増幅して超音波送波器2を駆動する増幅器14と、を備えている。   In addition to the ultrasonic transmitter 2 and the synchronization signal transmitter 11, the transmission-side device 3 includes a CPU 13 and an amplifier 14 that amplifies a drive signal from the CPU 13 and drives the ultrasonic transmitter 2. ing.

この送波側装置3では、コントローラ7からの送信指令に応じて、CPU13から同期信号発信器11に駆動信号が出力され、同時にCPU13から増幅器14に駆動信号が出力される。これにより、同期信号発信器11から同期信号受信器12に向けて電波が送出され、同時に超音波送波器2から超音波受波器4に向けて超音波が放射される。このとき、CPU13から増幅器14に出力される駆動信号は、所定周波数(例えば40kHz)の矩形波信号であり、この矩形波信号が所定の時間だけ出力され、超音波送波器2から矩形波信号に基づく超音波が放射される。   In the transmission side device 3, in response to a transmission command from the controller 7, a drive signal is output from the CPU 13 to the synchronization signal transmitter 11, and simultaneously, a drive signal is output from the CPU 13 to the amplifier 14. As a result, radio waves are transmitted from the synchronization signal transmitter 11 toward the synchronization signal receiver 12, and at the same time, ultrasonic waves are radiated from the ultrasonic transmitter 2 toward the ultrasonic receiver 4. At this time, the drive signal output from the CPU 13 to the amplifier 14 is a rectangular wave signal having a predetermined frequency (for example, 40 kHz). The rectangular wave signal is output for a predetermined time, and the rectangular wave signal is output from the ultrasonic transmitter 2. The ultrasonic wave based on is emitted.

受波側装置5は、超音波受波器4および同期信号受信器12の他に、CPU15と、超音波受波器4からの信号を増幅する増幅器16と、増幅器16からの信号をA/D変換してCPU15に出力するA/D変換部17と、を備えている。   In addition to the ultrasonic receiver 4 and the synchronization signal receiver 12, the receiving-side device 5 includes a CPU 15, an amplifier 16 that amplifies a signal from the ultrasonic receiver 4, and a signal from the amplifier 16 as A / And an A / D conversion unit 17 that performs D conversion and outputs the result to the CPU 15.

この受波側装置5では、同期信号発信器11からの同期信号を同期信号受信器12が受信すると、CPU15においてタイマーによる計時が開始される。その後、超音波送波器2からの超音波を超音波受波器4で受信すると、その信号が増幅器16およびA/D変換部17を介してCPU15に入力される。CPU(伝播時間取得部)15では、入力信号が一定値を超えたところで超音波が到達したものと判断してタイマーによる計時を終了する。そして、タイマーで計時された時間から、超音波送受信の立ち上がり時間や信号伝達に係る遅延時間を差し引いて、超音波伝播時間を算出し、この超音波伝播時間をコントローラ7に出力する。   In the receiving side device 5, when the synchronization signal receiver 12 receives the synchronization signal from the synchronization signal transmitter 11, the CPU 15 starts measuring time with a timer. After that, when the ultrasonic wave from the ultrasonic wave transmitter 2 is received by the ultrasonic wave receiver 4, the signal is input to the CPU 15 via the amplifier 16 and the A / D converter 17. The CPU (propagation time acquisition unit) 15 determines that the ultrasonic wave has arrived when the input signal exceeds a certain value, and ends the time measurement by the timer. Then, the ultrasonic wave propagation time is calculated by subtracting the ultrasonic wave transmission / reception rise time and the signal transmission delay time from the time counted by the timer, and the ultrasonic wave propagation time is output to the controller 7.

コントローラ(温度取得部)7は、受波側装置5から超音波伝播時間を取得し、また、湿度センサ6で検出された湿度を、送波側装置3を介して取得し、この超音波伝播時間および湿度に基づいて測定対象空間Sの温度を取得する処理を行う。   The controller (temperature acquisition unit) 7 acquires the ultrasonic wave propagation time from the wave receiving side device 5, acquires the humidity detected by the humidity sensor 6 via the wave transmitting side device 3, and this ultrasonic wave propagation A process of acquiring the temperature of the measurement target space S based on time and humidity is performed.

次に、音速に基づいて測定対象空間Sの温度を測定する際の問題点、および本実施形態においてコントローラ7で行われる温度取得処理の概要について説明する。   Next, problems in measuring the temperature of the measurement target space S based on the speed of sound and an outline of the temperature acquisition process performed by the controller 7 in this embodiment will be described.

音速C(m/sec)は、超音波の伝播距離L(m)および伝播時間t(sec)から次の式1により算出される。
C=L/t (式1)
ここで、伝播距離Lは、超音波送波器2と超音波受波器4との離間距離である。伝播時間tは、前記のように受波側装置5のCPU15において算出される。
The speed of sound C (m / sec) is calculated by the following equation 1 from the propagation distance L (m) of ultrasonic waves and the propagation time t (sec).
C = L / t (Formula 1)
Here, the propagation distance L is a separation distance between the ultrasonic transmitter 2 and the ultrasonic receiver 4. The propagation time t is calculated by the CPU 15 of the receiving device 5 as described above.

一方、温度Tにおける乾燥空気中の音速C(m/sec)は、温度Tから次の式2−1および式2−2のいずれかにより算出することができる。
C=331.45+0.607×T (式2−1)

Figure 2013231679
On the other hand, the speed of sound C (m / sec) in the dry air at the temperature T can be calculated from the temperature T by either of the following equations 2-1 and 2-2.
C = 331.45 + 0.607 × T (Formula 2-1)
Figure 2013231679

式1および式2−1から次の式3が得られ、この式3により温度Tを求めることができる。
T=(C−331.45)/0.607
=(L/t−331.45)/0.607 (式3)
The following Expression 3 is obtained from Expression 1 and Expression 2-1, and the temperature T can be obtained from this Expression 3.
T = (C-331.45) /0.607
= (L / t-331.45) /0.607 (Formula 3)

しかし、式1に示される音速Cは、実測されたもので、湿度に応じて変化するため、通常、式2−1に示される乾燥空気中の音速Cとは異なる。このため、式3から求められた温度Tには湿度に起因する誤差が含まれており、この誤差は湿度が高くなるのに応じて大きくなる。   However, the sound velocity C shown in Equation 1 is actually measured and varies depending on the humidity, so that it usually differs from the sound velocity C in dry air shown in Equation 2-1. For this reason, the temperature T obtained from Equation 3 includes an error due to humidity, and this error increases as the humidity increases.

図2は、音速から求められる温度の測定誤差を示す説明図である。この図2から明らかなように、音速から求められる温度の測定誤差は相対湿度RHが高くなるのに応じて大きくなる。したがって、本来であれば湿度による音速の補正を行い、これにより得られた乾燥空気中の音速に基づいて温度Tを求める必要がある。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing a temperature measurement error obtained from the sound velocity. As apparent from FIG. 2, the temperature measurement error obtained from the sound velocity increases as the relative humidity RH increases. Therefore, if necessary, it is necessary to correct the sound velocity by humidity and obtain the temperature T based on the sound velocity in the dry air obtained by this.

ここで、乾燥空気中の音速Cと、水蒸気圧P(Pa)となる水蒸気を含む空気中の音速C’との関係は次の式4のように表される。この式4は、水蒸気圧Pにより音速を補正するものである。

Figure 2013231679
ここで、γwは水蒸気の定圧比熱と定積比熱との比率(≒1.33)、γaは乾燥空気の定圧比熱と定積比熱との比率(≒1.40)、Hは気圧(Pa)である。 Here, the relationship between the speed of sound C in the dry air and the speed of sound C ′ in the air containing water vapor that becomes the water vapor pressure P (Pa) is expressed by the following Expression 4. Equation 4 corrects the speed of sound by the water vapor pressure P.
Figure 2013231679
Here, γw is the ratio of the constant pressure specific heat and the constant volume specific heat of water vapor (≈1.33), γa is the ratio of the constant pressure specific heat and the constant volume specific heat of dry air (≈1.40), and H is the atmospheric pressure (Pa). It is.

式4において、水蒸気を含む空気中の音速C’は、式1に示したように、伝播時間tから算出される実測値(L/t)であり、式1、式2−1および式4から次の式5を得ることができる。この式5により、音速を求める処理を省略して、伝播時間tおよび水蒸気圧Pから温度Tを算出することができる。

Figure 2013231679
In Equation 4, the sound velocity C ′ in the air containing water vapor is an actual measurement value (L / t) calculated from the propagation time t as shown in Equation 1, and Equation 1, Equation 2-1, and Equation 4 are used. The following formula 5 can be obtained from According to Equation 5, the temperature T can be calculated from the propagation time t and the water vapor pressure P by omitting the process for obtaining the sound speed.
Figure 2013231679

しかし、この式5には水蒸気圧Pが変数として含まれており、この式5により温度Tを求めるには水蒸気圧Pを知る必要がある。   However, this equation 5 includes the water vapor pressure P as a variable. In order to obtain the temperature T using this equation 5, it is necessary to know the water vapor pressure P.

ここで、本実施形態では、図1に示したように、湿度センサ6が設けられており、この湿度センサ6の検出結果に基づいて水蒸気圧Pを求めればよい。ところが、この湿度センサ6で測定されるものは相対湿度、すなわち、測定時の温度における飽和水蒸気圧Pに対する水蒸気圧Pの比率(分圧)であり、相対湿度RHと水蒸気圧Pとの関係は次の式6のように示される。この式6で水蒸気圧Pを求めるには飽和水蒸気圧Pを知る必要がある。
P=P×RH÷100 (式6)
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the humidity sensor 6 is provided, and the water vapor pressure P may be obtained based on the detection result of the humidity sensor 6. However, what is measured by the humidity sensor 6 is the relative humidity, that is, the ratio (partial pressure) of the water vapor pressure P to the saturated water vapor pressure P 0 at the measurement temperature, and the relationship between the relative humidity RH and the water vapor pressure P. Is expressed by the following equation (6). In order to obtain the water vapor pressure P using Equation 6, it is necessary to know the saturated water vapor pressure P 0 .
P = P 0 × RH ÷ 100 (Formula 6)

一方、飽和水蒸気圧Pは、温度Tに応じて変化し、次の式7より算出することができる。

Figure 2013231679
On the other hand, the saturated water vapor pressure P 0 varies depending on the temperature T, and can be calculated from the following Expression 7.
Figure 2013231679

しかし、この式7には温度Tが変数として含まれているため、式7により飽和水蒸気圧Pを求めるには温度Tを知る必要があり、結局、温度測定のために温度が必要となり、このままでは堂々巡りの状態となって温度を求めることができない。 However, since the temperature T is included as a variable in the equation 7, it is necessary to know the temperature T in order to obtain the saturated water vapor pressure P 0 by the equation 7, and eventually the temperature is required for the temperature measurement. If this is the case, it will be in a state of patronage and the temperature cannot be determined.

そこで、本実施形態では、元の温度の初期値を設定した上で、元の温度と伝播時間および相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して測定対象空間Sの温度を求める。すなわち、最初は元の温度の初期値に対して温度補正処理を行い、次回からは前回の温度補正処理で求めた温度を元の温度として温度補正処理を行い、この温度補正処理を収束するまで繰り返して、収束したときの温度を測定値に決定する。   Therefore, in this embodiment, after setting the initial value of the original temperature, the temperature correction process for obtaining the temperature corrected from the original temperature, the propagation time, and the relative humidity is repeated until the measurement target space S is converged. Find the temperature. That is, first, the temperature correction process is performed on the initial value of the original temperature, and from the next time, the temperature correction process is performed using the temperature obtained in the previous temperature correction process as the original temperature until the temperature correction process is converged. Repeatedly, the temperature at convergence is determined as the measured value.

ここで、元の温度の初期値は、暫定的に設定されるもので、真の温度と大きく異なる場合があるが、この元の温度の初期値から温度補正処理を始めて、温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。すなわち、温度補正処理で得られる補正された温度は、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度となり、元の温度より真の温度に近似し、この温度補正処理を繰り返すことで真の温度に近づけることができる。   Here, the initial value of the original temperature is tentatively set and may be greatly different from the true temperature. The temperature correction process is started from the initial value of the original temperature, and the temperature correction process is repeated. It can be close to the true temperature. That is, the corrected temperature obtained by the temperature correction process satisfies the conditions of propagation time and relative humidity, that is, the temperature at which the sound speed is corrected by humidity, approximates the true temperature from the original temperature, By repeating this temperature correction process, it is possible to approach the true temperature.

特に本実施形態では、乾燥空気すなわち相対湿度0%と仮定して伝播時間から求められた温度を初期算出温度(元の温度の初期値)Tとして温度補正処理を開始するようにしている。この初期算出温度Tの算出には次の式8が用いられる。この式8は、前記の式3と同様であり、湿度の影響を考慮しない、すなわち実測された音速C(=L/t)を乾燥空気中の音速Cと仮定して温度を求めるものである。
=(L/t−331.45)/0.607 (式8)
In particular, in the present embodiment, the temperature correction process is started with the initial calculated temperature (initial value of the original temperature) T 0 as the temperature obtained from the propagation time assuming dry air, that is, relative humidity 0%. Equation 8 the following is used for the calculation of the initial calculation temperature T 0. This equation 8 is the same as the above equation 3, and does not consider the influence of humidity, that is, obtains the temperature on the assumption that the actually measured sound velocity C 0 (= L / t) is the sound velocity C in dry air. is there.
T 0 = (L / t−331.45) /0.607 (Formula 8)

このようにすると、元の温度の初期値を簡単に設定することができ、コントローラ7での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。   In this way, the initial value of the original temperature can be set easily, the processing load on the controller 7 can be reduced, and the processing speed can be increased.

また本実施形態では、元の温度Tから飽和水蒸気圧Pを算出し、この飽和水蒸気圧Pおよび湿度センサ6で測定された相対湿度RHから水蒸気圧Pを算出し、この水蒸気圧Pおよび伝播時間tから補正された温度Tを算出する。これにより、伝播時間および相対湿度の条件を満足する、すなわち、湿度による音速の補正が行われた温度を求めることができる。 In the present embodiment, the saturated water vapor pressure P 0 is calculated from the original temperature T, the water vapor pressure P is calculated from the saturated water vapor pressure P 0 and the relative humidity RH measured by the humidity sensor 6, and the water vapor pressure P and A corrected temperature T is calculated from the propagation time t. As a result, the temperature that satisfies the conditions of the propagation time and the relative humidity, that is, the temperature at which the sound velocity is corrected by the humidity can be obtained.

ここで、元の温度Tから飽和水蒸気圧Pを算出するには次の式9が用いられる。この式9は、前記の式7と略同様であるが、ここでは、繰り返し回数をnとして、式7における温度Tを前回(n−1回目)の温度補正処理で求めた元の温度Tn−1としたものであり、前回の温度(元の温度)Tn−1から今回(n回目)の飽和水蒸気圧P0nが求められる。

Figure 2013231679
Here, the following equation 9 is used to calculate the saturated water vapor pressure P 0 from the original temperature T. Equation 9 is substantially the same as Equation 7, but here, the number of repetitions is n, and the temperature T in Equation 7 is the original temperature T n obtained in the previous (n−1) th temperature correction process. −1, and the current (n-th) saturated water vapor pressure P 0n is obtained from the previous temperature (original temperature) T n−1 .
Figure 2013231679

次に、飽和水蒸気圧Pと湿度センサ6で測定された相対湿度RHとから水蒸気圧Pを算出するには次の式10が用いられる。この式10は、前記の式6と同様であり、今回(n回目)の飽和水蒸気圧P0nから今回(n回目)の水蒸気圧Pが求められる。
=P0n×RH÷100 (式10)
Next, the following equation 10 is used to calculate the water vapor pressure P from the saturated water vapor pressure P 0 and the relative humidity RH measured by the humidity sensor 6. This equation 10 is the same as the above equation 6, and the current (n-th) water vapor pressure P n is obtained from the current (n-th) saturated water vapor pressure P 0n .
Pn = P0n * RH / 100 (Formula 10)

次に、水蒸気圧Pおよび伝播時間tから補正された温度Tを算出するには次の式11が用いられる。この式11は、前記の式5と同様であり、今回(n回目)の水蒸気圧Pおよび伝播時間tから今回(n回目)の補正された温度Tが求められる。

Figure 2013231679
Next, the following formula 11 is used to calculate the corrected temperature T from the water vapor pressure P and the propagation time t. This equation 11 is the same as the equation 5 described above, and the current (n-th) corrected temperature T n is obtained from the current (n-th) water vapor pressure P n and the propagation time t.
Figure 2013231679

なお、この式11では、水蒸気圧Pの他に気圧Hの値が必要になるが、本実施形態では、気圧Hを一定値(基準気圧)とする。気圧Hは、変動比率が小さく、一定値としても誤差を小さく収めることができる。   In addition, in this Formula 11, the value of the atmospheric pressure H is required in addition to the water vapor pressure P, but in this embodiment, the atmospheric pressure H is set to a constant value (reference atmospheric pressure). The atmospheric pressure H has a small fluctuation ratio, and even if it is a constant value, the error can be kept small.

このようにして補正された温度Tが求められと、次に、補正された温度Tが所定の収束条件を満足するか否かの収束判定が行われる。特にここでは、前回の温度(元の温度)Tn−1と今回の補正された温度Tとの差の絶対値を求め、これが所定値α(例えば0.1℃)より小さくなると収束したものと判定する。すなわち、次の式12を満足すれば、収束したものと判定する。
|T−Tn−1|<α (式12)
When the corrected temperature T n is obtained in this way, a convergence determination is then made as to whether or not the corrected temperature T n satisfies a predetermined convergence condition. In particular, here, the absolute value of the difference between the previous temperature (original temperature) T n-1 and the current corrected temperature T n is obtained, and converges when it becomes smaller than a predetermined value α (for example, 0.1 ° C.). Judge that it is. In other words, if the following expression 12 is satisfied, it is determined that it has converged.
| T n −T n−1 | <α (Formula 12)

次に、コントローラ7で行われる温度取得処理の手順について説明する。図3は、コントローラ7で行われる温度取得処理の手順を示すフロー図である。   Next, the procedure of the temperature acquisition process performed by the controller 7 will be described. FIG. 3 is a flowchart showing the procedure of the temperature acquisition process performed by the controller 7.

ここでまず、繰り返し回数nを初期化する、すなわちn=0として(ST101)、式8により初期算出温度Tを求める(ST102)。 Here, first, initializes the number of repetitions n, i.e. (ST 101) as n = 0, determine the initial calculated temperature T 0 by the formula 8 (ST 102).

次に、繰り返し回数n=1として(ST103)、ST102で求めた初期算出温度T(=Tn−1)から式9により飽和水蒸気圧P01(=P0n)を算出する(ST104)。ついで、ST104で求めた飽和水蒸気圧P01と、湿度センサ6で測定された相対湿度RHとから、式10により水蒸気圧P(=P)を算出する(ST105)。そして、ST105で求めた水蒸気圧Pから式11により補正された温度T(=T)を算出する(ST106)。 Next, the number n of repetitions is set to 1 (ST103), and the saturated water vapor pressure P 01 (= P 0n ) is calculated from the initial calculated temperature T 0 (= T n−1 ) obtained in ST102 by Equation 9 (ST104). Next, the water vapor pressure P 1 (= P n ) is calculated from the saturated water vapor pressure P 01 obtained in ST 104 and the relative humidity RH measured by the humidity sensor 6 using Equation 10 (ST 105). Then, the temperature T 1 (= T n ) corrected by Equation 11 is calculated from the water vapor pressure P 1 obtained in ST 105 (ST 106).

次に、繰り返し回数nを1増分する、すなわちn=n+1として(ST107)、ST104〜ST106と同様の温度補正処理(ST108〜ST110)を繰り返して補正された温度Tを取得する。そして、式12により収束したか否か、すなわち前回の温度(元の温度)Tn−1と今回の温度Tとの差の絶対値が所定値αより小さくなるか否かを判定する(ST111)。ここで、収束したものと判定されると(ST111でYes)、温度Tを最終的な測定温度に決定する(ST112)。 Next, 1 increments the number of repetitions n, that is, as n = n + 1 (ST107) , acquires the temperature T n, which is corrected by repeating the same temperature correction (ST108~ST110) and ST104~ST106. Then, it is determined whether or not it has converged by Expression 12, that is, whether or not the absolute value of the difference between the previous temperature (original temperature) T n−1 and the current temperature T n is smaller than a predetermined value α ( ST111). Here, when it is determined that the convergence (Yes in ST111), determines the temperature T n to the final measured temperature (ST 112).

一方、収束していないものと判定されると(ST111でNo)、ST107に戻り、繰り返し回数nを1増分して、再度、ST108〜ST110の温度補正処理を繰り返し、ST111で収束の判定を行う。この温度補正処理を収束するまで繰り返し、収束したものと判定されたときの温度Tを最終的な測定温度に決定する(ST112)。 On the other hand, if it is determined that it has not converged (No in ST111), the process returns to ST107, the repeat count n is incremented by 1, and the temperature correction process of ST108 to ST110 is repeated again, and convergence is determined in ST111. . The temperature correction process repeated until convergence, the temperature T n when it is determined that the convergence determining the final measured temperature (ST 112).

なお、ST108では、繰り返し回数n=2の場合、ST106で求めた温度Tを前回の温度(元の温度)Tn−1として飽和水蒸気圧P02を算出する。また、繰り返し回数n=3の場合は、前回のST110で求めた温度(元の温度)Tから飽和水蒸気圧P03を算出する。以降、前回のST110で求めた温度(元の温度)Tn−1から飽和水蒸気圧P0nを算出する。 In ST 108, when the number of repetitions n = 2, to calculate a saturated steam pressure P 02 the temperatures T 1 obtained in ST106 as the previous temperature (original temperature) T n-1. When the number of repetitions n = 3, the saturated water vapor pressure P 03 is calculated from the temperature (original temperature) T 2 obtained in the previous ST110. Thereafter, the saturated water vapor pressure P 0n is calculated from the temperature (original temperature) T n−1 obtained in the previous ST110.

(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係る温度測定装置を示す全体構成図である。なお、特に言及しない点は第1実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 4 is an overall configuration diagram showing a temperature measurement device according to the second embodiment. The points not particularly mentioned are the same as in the first embodiment.

この温度測定装置21は、湿度センサ6の他に、温度センサ22および気圧センサ23を備えており、湿度センサ6で検出された相対湿度に加えて、温度センサ22で検出された温度や気圧センサ23で検出された気圧に基づいて、コントローラ7において測定対象空間の温度を求める処理が行われる。なお、この温度センサ22および気圧センサ23のいずれか一方のみを備えた構成としてもよい。   The temperature measuring device 21 includes a temperature sensor 22 and an atmospheric pressure sensor 23 in addition to the humidity sensor 6. In addition to the relative humidity detected by the humidity sensor 6, the temperature or atmospheric pressure sensor detected by the temperature sensor 22. Based on the atmospheric pressure detected at 23, the controller 7 performs a process for obtaining the temperature of the measurement target space. Note that only one of the temperature sensor 22 and the atmospheric pressure sensor 23 may be provided.

温度センサ22は、測定対象空間Sに面した壁面に設置され、壁面の近傍の温度を検出する。気圧センサ23も、測定対象空間Sに面した壁面に設置されるが、この気圧センサ23で検出される壁面の近傍の気圧は、測定対象空間S全体の平均的な気圧と大きく異ならない。   The temperature sensor 22 is installed on the wall surface facing the measurement target space S and detects the temperature near the wall surface. The atmospheric pressure sensor 23 is also installed on the wall surface facing the measurement target space S, but the atmospheric pressure in the vicinity of the wall surface detected by the atmospheric pressure sensor 23 is not significantly different from the average atmospheric pressure of the entire measurement target space S.

温度センサ22で検出された温度は、元の温度の初期値である初期算出温度Tに用いられる。すなわち、図3に示したST102において、式8により算出される値の代わりに、温度センサ22による測定値が初期算出温度Tに設定される。これにより、測定対象空間Sの実際の温度に近い値で温度補正処理を開始することができるため、温度補正処理の繰り返しで収束するまでの繰り返し回数を減らすことができ、コントローラ7での処理の負荷を軽減して処理の高速化を図ることができる。 The temperature detected by the temperature sensor 22 is used as an initial calculated temperature T 0 that is an initial value of the original temperature. That is, in ST102 of FIG. 3, instead of the value calculated by the equation 8, the value measured by the temperature sensor 22 is set to the initial calculated temperature T 0. Accordingly, since the temperature correction process can be started at a value close to the actual temperature of the measurement target space S, the number of repetitions until convergence is achieved by repetition of the temperature correction process can be reduced. The load can be reduced and the processing speed can be increased.

この場合、温度センサ22で検出された温度をそのまま初期算出温度Tとすることも可能であるが、図2に示したグラフを用いて、相対湿度RHによる補正を行った値を初期算出温度Tとしても良い。すなわち、図2に示したグラフに示される関係を表した数式またはテーブルを用いて、湿度センサ6で検出された相対湿度RHと、温度センサ22で検出された温度とに基づいて、測定誤差を求めることができ、この測定誤差により温度センサ22で検出された温度を補正して、求められた温度を初期算出温度Tとする。 In this case, the temperature detected by the temperature sensor 22 can be used as it is as the initial calculated temperature T 0 , but the value corrected by the relative humidity RH using the graph shown in FIG. 2 is used as the initial calculated temperature. it may be used as T 0. That is, the measurement error is calculated based on the relative humidity RH detected by the humidity sensor 6 and the temperature detected by the temperature sensor 22 by using a mathematical expression or a table representing the relationship shown in the graph shown in FIG. The temperature detected by the temperature sensor 22 is corrected by this measurement error, and the obtained temperature is set as the initial calculated temperature T 0 .

また、気圧センサ23で検出された気圧Hは、実測された音速を水蒸気圧に基づいて乾燥空気中の音速に補正する際に用いられる。特に本実施形態では、音速を求める処理を省略して、式11により水蒸気圧Pおよび伝播時間tから温度Tを求めるようにしており、この式11における気圧Hに、気圧センサ23による測定値を代入する。これにより、湿度による音速の補正がより正確に行われ、測定対象空間Sの温度をより一層高精度に測定することができる。 The atmospheric pressure H detected by the atmospheric pressure sensor 23 is used when correcting the actually measured sound speed to the sound speed in the dry air based on the water vapor pressure. In particular, in the present embodiment, the process for obtaining the sound velocity is omitted, and the temperature T n is obtained from the water vapor pressure P n and the propagation time t using Equation 11, and the atmospheric pressure H in Equation 11 is measured by the atmospheric pressure sensor 23. Assign a value. Thereby, the correction of the sound speed due to the humidity is more accurately performed, and the temperature of the measurement target space S can be measured with higher accuracy.

なお、本実施形態では、温度補正処理において、前回の温度と伝播時間および相対湿度から、飽和水蒸気圧、水蒸気圧、および補正された温度を式9〜式11を用いて順次求めるようにしたが、本発明はこのような手順に限定されるものではない。   In the present embodiment, in the temperature correction process, the saturated water vapor pressure, the water vapor pressure, and the corrected temperature are sequentially obtained from the previous temperature, the propagation time, and the relative humidity using Equations 9 to 11. The present invention is not limited to such a procedure.

例えば、式11を用いることで、音速を算出する過程を省略しているが、式4により音速を算出するようにしてもよく、また、式9〜式11、および必要であればその他の数式を用い、それらの数式の変形および代入により変数を減らした数式を作成して、補正された温度を求める過程で必要となる飽和水蒸気圧や水蒸気圧を算出する処理を省略することも可能である。また、前記の数式に対応するテーブルを予め用意しておき、このテーブルを参照して温度補正処理を行うことも可能である。   For example, although the process of calculating the sound speed is omitted by using Expression 11, the sound speed may be calculated by Expression 4, and Expressions 9 to 11 and other expressions if necessary. It is also possible to create a mathematical expression with reduced variables by modifying and substituting those mathematical expressions, and omit the process of calculating saturated water vapor pressure and water vapor pressure required in the process of obtaining the corrected temperature. . It is also possible to prepare a table corresponding to the above mathematical expression in advance and perform temperature correction processing with reference to this table.

さらに、これまでに述べた第1実施形態および第2実施形態では、図1または図4に示すように、超音波送波器2および超音波受波器4が、測定対象空間Sを挟んで互いに正対して対向配置されているが、本発明はこのような正対配置した構成に限定されるものではない。例えば、超音波送波器2と超音波受波器4とを斜め方向に対向して配置した構成も可能である。   Furthermore, in the first embodiment and the second embodiment described so far, as shown in FIG. 1 or FIG. 4, the ultrasonic transmitter 2 and the ultrasonic receiver 4 sandwich the measurement target space S. Although they are arranged to face each other and face each other, the present invention is not limited to such a configuration in which they face each other. For example, the structure which has arrange | positioned the ultrasonic transmitter 2 and the ultrasonic receiver 4 facing diagonally is also possible.

また、図5に示すように、測定対象空間Sに面した一方の壁面に、超音波送波器2および超音波受波器4を、同じ向きすなわち他方の壁面に対向した状態で並べて配置するようにしてもよい。このような構成では、超音波送波器2より送波された超音波が、測定対象空間Sを一度通過し、壁面によって反射され、再び測定対象空間Sを通過した後、超音波受波器4により受波される。この場合、伝播距離Lは、言うまでもなく、超音波送波器2から他方の壁面までの距離と、その壁面から超音波受波器4までの距離とを加えたものとなる。このように壁面による反射を利用した測定形態であっても、超音波送波器2と超音波受波器4とは、広い意味で「測定対象空間を挟んで配置」されていると言える。   Further, as shown in FIG. 5, the ultrasonic wave transmitter 2 and the ultrasonic wave receiver 4 are arranged side by side in the same direction, that is, facing the other wall surface on one wall surface facing the measurement target space S. You may do it. In such a configuration, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic wave transmitter 2 once passes through the measurement target space S, is reflected by the wall surface, and passes through the measurement target space S again. 4 is received. In this case, needless to say, the propagation distance L is the sum of the distance from the ultrasonic transmitter 2 to the other wall surface and the distance from the wall surface to the ultrasonic receiver 4. In this way, even in the measurement form using the reflection by the wall surface, it can be said that the ultrasonic transmitter 2 and the ultrasonic receiver 4 are “arranged across the space to be measured” in a broad sense.

また、本実施形態では、超音波を用いた温度測定装置を例に説明したが、本発明は、超音波に限定されるものではなく、例えば可聴領域など、超音波以外の音波を用いた構成に適用することも可能である。   Further, in the present embodiment, the temperature measuring device using ultrasonic waves has been described as an example, but the present invention is not limited to ultrasonic waves, and a configuration using sound waves other than ultrasonic waves such as an audible region, for example. It is also possible to apply to.

本発明にかかる温度測定装置および温度測定方法は、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する際に、湿度の影響を受けることなく、測定対象空間の温度を高精度に測定することができる効果を有し、音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置および温度測定方法などとして有用である。   The temperature measurement device and the temperature measurement method according to the present invention can measure the temperature of the measurement target space with high accuracy without being affected by humidity when measuring the temperature of the measurement target space based on the speed of sound. It has an effect and is useful as a temperature measuring device and a temperature measuring method for measuring the temperature of the measurement target space based on the speed of sound.

1,21 温度測定装置
2 超音波送波器
4 超音波受波器
6 湿度センサ
7 コントローラ(温度取得部)
15 CPU(伝播時間取得部)
22 温度センサ
23 気圧センサ
1, 21 Temperature measuring device 2 Ultrasonic transmitter 4 Ultrasonic receiver 6 Humidity sensor 7 Controller (Temperature acquisition unit)
15 CPU (propagation time acquisition unit)
22 Temperature sensor 23 Barometric pressure sensor

Claims (6)

音速に基づいて測定対象空間の温度を測定する温度測定装置であって、
前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器と、
前記測定対象空間の相対湿度を検出する湿度センサと、
前記音波送波器および前記音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得部と、
前記伝播時間取得部で取得した伝播時間および前記湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を求める温度取得部と、を備え、
この温度取得部は、元の温度の初期値を設定した上で、前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正処理を収束するまで繰り返して前記測定対象空間の温度を求めることを特徴とする温度測定装置。
A temperature measurement device that measures the temperature of a measurement target space based on the speed of sound,
A sound wave transmitter and a sound wave receiver disposed with the measurement object space in between,
A humidity sensor for detecting the relative humidity of the measurement target space;
A propagation time acquisition unit for acquiring a propagation time of a sound wave between the sound wave transmitter and the sound wave receiver;
A temperature acquisition unit for determining the temperature of the measurement target space based on the propagation time acquired by the propagation time acquisition unit and the relative humidity detected by the humidity sensor;
The temperature acquisition unit sets an initial value of the original temperature, and then repeats the temperature correction process for obtaining a temperature corrected from the original temperature, the propagation time, and the relative humidity until the measurement object converges. A temperature measuring device characterized by obtaining a temperature of a space.
前記温度取得部は、前記温度補正処理において、前記元の温度から飽和水蒸気圧を求め、この飽和水蒸気圧および前記相対湿度から水蒸気圧を求め、この水蒸気圧および前記伝播時間から補正された温度を求めることを特徴とする請求項1に記載の温度測定装置。   In the temperature correction process, the temperature acquisition unit obtains a saturated water vapor pressure from the original temperature, obtains a water vapor pressure from the saturated water vapor pressure and the relative humidity, and calculates a temperature corrected from the water vapor pressure and the propagation time. The temperature measuring device according to claim 1, wherein the temperature measuring device is obtained. 前記温度取得部は、乾燥空気と仮定して前記伝播時間から求められた温度を前記元の温度の初期値に設定することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の温度測定装置。   The temperature measuring device according to claim 1, wherein the temperature acquisition unit sets a temperature obtained from the propagation time on the assumption of dry air as an initial value of the original temperature. 前記測定対象空間に面した壁面の近傍の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記温度取得部は、前記温度センサで検出された温度を前記初期値に設定することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の温度測定装置。
A temperature sensor for detecting a temperature in the vicinity of the wall surface facing the measurement target space;
The temperature measuring device according to claim 1, wherein the temperature acquisition unit sets the temperature detected by the temperature sensor to the initial value.
前記測定対象空間の気圧を検出する気圧センサをさらに備え、
前記温度取得部は、前記気圧センサで検出された気圧に基づいて前記測定対象空間の温度を求めることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の温度測定装置。
A pressure sensor for detecting the pressure of the measurement target space;
The temperature measuring device according to any one of claims 1 to 4, wherein the temperature acquisition unit obtains the temperature of the measurement target space based on the atmospheric pressure detected by the atmospheric pressure sensor.
音波を用いて測定対象空間の温度を測定する温度測定方法であって、
前記測定対象空間を挟んで配置された音波送波器および音波受波器の間での音波の伝播時間を取得する伝播時間取得工程と、
この伝播時間取得工程で取得した伝播時間および湿度センサで検出された相対湿度に基づいて前記測定対象空間の温度を取得する温度取得工程と、を備え、
この温度取得工程は、
元の温度の初期値を設定する初期値設定工程と、
前記元の温度と前記伝播時間および前記相対湿度とから補正された温度を求める温度補正工程と、
この温度補正工程で求められた温度が収束したか否かを判定する収束判定工程と、を有し、
この収束判定工程で収束したものと判定されるまで前記温度補正工程を繰り返して前記測定対象空間の温度を求めることを特徴とする温度測定方法。
A temperature measurement method for measuring the temperature of a measurement target space using sound waves,
A propagation time acquisition step of acquiring a propagation time of a sound wave between a sound wave transmitter and a sound wave receiver disposed across the measurement target space;
A temperature acquisition step of acquiring the temperature of the measurement target space based on the propagation time acquired in this propagation time acquisition step and the relative humidity detected by the humidity sensor, and
This temperature acquisition process
An initial value setting step for setting an initial value of the original temperature;
A temperature correction step for obtaining a corrected temperature from the original temperature and the propagation time and the relative humidity;
A convergence determination step for determining whether or not the temperature obtained in this temperature correction step has converged,
A temperature measuring method characterized in that the temperature correction step is repeated until the temperature in the measurement object space is obtained until it is determined that the convergence has occurred in the convergence determination step.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112595431A (en) * 2020-10-22 2021-04-02 华帝股份有限公司 Temperature detection method for cooking equipment

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