JP2017138229A - 温度測定装置及び水位計 - Google Patents

Abstract

【課題】水温測定誤差を従来よりも低減する温度演算部を提供する。【解決手段】基準抵抗器６に測温抵抗体Ｐｔ１〜Ｐｔ５が直列接続された抵抗回路と、該抵抗回路に第１電流あるいは第２電流を択一的に給電する電流源７と、測温抵抗体Ｐｔ１〜Ｐｔ５の端子電圧を伝送する複数の芯線を備えるケーブル４と、複数の芯線にそれぞれ設けられる複数のフィルタＦ１Ｈ、Ｆ１Ｌ〜Ｆ５Ｈ、Ｆ５Ｌと、基準抵抗器の端子電圧及び複数の芯線から入力される測温抵抗体の各端子電圧に基づいて、第１電流が給電されたときの基準抵抗器の第１端子間電圧及び測温抵抗体の第１端子間電圧並びに第２電流が給電されたときの基準抵抗器の第２端子間電圧及び測温抵抗体の第２端子間電圧をそれぞれ計測する電圧計測部と、基準抵抗器の抵抗値及び測温抵抗体の抵抗値を演算し、当該抵抗値に基づいて測温抵抗体の周囲温度を特定する温度演算部とを備える。【選択図】図２

Description

本発明は、温度測定装置及び水位計に関する。

下記特許文献１には、水中の所定位置の水圧と大気圧との差圧を測定し、水温値に基づく水温補正をすることにより水位を検出する水圧式水位計が開示されている。この水圧式水位計は、河川やダムにおける水位を測定するための装置であり、特許文献１の図５に示されているように、水中に水没する水位計感部及び水温計感部、陸上に設けられる水位計変換器並びに水位計感部及び水温計感部を水位計変換器に接続するケーブルから構成される。このような水圧式水位計では、水位計感部で測定された水圧測定値及び水温計感部で測定された複数の深さの水温測定値をケーブルを介して水位計変換器に伝送し、当該水位計変換器において複数の水温測定値を用いて圧力測定値に水温補正処理を施す。

特開平１１-０１４４２９号公報

ところで、上記水温計感部は、水温に応じて抵抗値が変化する白金抵抗器を水温感応体として使用している。また、通常の河川やダムでは、水位計変換器が水中に配置される水位計感部及び水温計感部に対して比較的遠距離に配置せざるを得ず、上記ケーブルは数十〜数百メートルに亘って敷設される。すなわち、上記ケーブルは外乱ノイズが混入し易い環境で使用されるものであり、この対策としてケーブルの各芯線には外乱ノイズを除去するためのフィルタ（ローパスフィルタ）が挿入されている。

しかしながら、このような水圧式水位計では、上記フィルタを構成する回路素子の回路定数誤差に起因して各芯線に挿入されるフィルタのインピーダンスに偏差が生じ得る。そして、このインピーダンス偏差は、補正不能な水温測定誤差が招来させる。すなわち、白金抵抗器の両端に芯線を介して各々接続される一対のフィルタにインピーダンス偏差が生じた場合、白金抵抗器の両端にアンバランスなインピーダンスが各々接続された状態となるので、原理的に後段の水位計変換器で補正することができない水温測定誤差（オフセット誤差）が発生する。従来では、このような水温測定誤差（オフセット誤差）を無視してきたが、水圧測定の精度をさらに向上させるためには、上記水温測定誤差を低減あるいは解消する技術の開発が必要である。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、水温測定誤差を従来よりも低減することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、温度測定装置に係る第１の解決手段として、基準抵抗器に測温抵抗体が直列接続された抵抗回路と、該抵抗回路に第１電流Ｉ_１あるいは第２電流Ｉ_２を択一的に給電する電流源と、測温抵抗体の端子電圧を伝送する芯線を備えるケーブルと、芯線に設けられるフィルタと、基準抵抗器の端子電圧及び芯線から入力される測温抵抗体の端子電圧に基づいて、第１電流Ｉ_１が給電されたときの基準抵抗器の第１端子間電圧Ｖ_ｒ１及び測温抵抗体の第１端子間電圧Ｖ_ｃ１並びに第２電流Ｉ_２が給電されたときの基準抵抗器の第２端子間電圧Ｖ_ｒ２及び測温抵抗体の第２端子間電圧Ｖ_ｃ２をそれぞれ計測する電圧計測部と、下式（１）に基づいて基準抵抗器の抵抗値Ｒ_ｒ及び測温抵抗体の抵抗値Ｒ_ｃを演算し、当該抵抗値Ｒ_ｒ、Ｒ_ｃに基づいて測温抵抗体の周囲温度を特定する温度演算部とを備える、という手段を採用する。

また、本発明では、温度測定装置に係る第２の解決手段として、上記第１の手段において、前記電流源は、スイッチを用いて２つの抵抗値を選択することにより第１電流Ｉ１及び第２電流Ｉ２を前記抵抗回路に出力する、という手段を採用する。

また、本発明では、温度測定装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記抵抗回路は、直列接続された複数の測温抵抗体を備え、前記電圧計測部は、複数の前記測温抵抗体について第１端子間電圧Ｖｃ１及び第２端子間電圧Ｖｃ２をそれぞれ計測し、前記温度演算部は、上式（１）に基づいて複数の前記測温抵抗体の周囲温度を特定する、という手段を採用する。

さらに、本発明では、水位計に係る解決手段として、水圧を検出する水圧感応部と、前記測温抵抗体で水温を測定する請求項１または２記載の温度測定装置と、該温度測定装置で測定された水温に基づいて水の密度を演算し、当該密度を用いて前記水圧感応部が検出した水圧を補正することにより水位を演算する水位演算部とを備える、という手段を採用する。

本発明によれば、式（１）が示すように、基準抵抗器の抵抗値Ｒ_ｒは第１端子間電圧Ｖ_ｒ１と第２端子間電圧Ｖ_ｒ２との差分（Ｖ_ｒ１−Ｖ_ｒ２）を第１電流Ｉ_１と第２電流Ｉ_２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられ、また測温抵抗体の抵抗値Ｒ_ｃは第１端子間電圧Ｖ_ｃ１と第２端子間電圧Ｖ_ｃ２との差分（Ｖ_ｃ１−Ｖ_ｃ２）を第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。

したがって、本発明によれば、各芯線に設けられるフィルタのインピーダンスに偏差が生じても、当該偏差が基準抵抗器の抵抗値Ｒ_ｒ及び測温抵抗体の抵抗値Ｒ_ｃを演算する際に差分（Ｖ_ｒ１−Ｖ_ｒ２）及び差分（Ｖ_ｃ１−Ｖ_ｃ２）によってキャンセルされるので、水温測定誤差を従来よりも低減することが可能である。

本発明の一実施形態に係る水位計Ａ及び温度測定装置Ｂの全体構成を示すシステム図である。 本発明の一実施形態に係る温度測定装置Ｂの詳細構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る温度測定装置Ｂに設けられた定電流源７の回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る水位計Ａは、河川やダムにおける水位を測定するための装置であり、図１に示すように水圧感応部１、水温感応部２、水圧ケーブル３、水温ケーブル４及び水位計変換器５を備えている。

水圧感応部１は、図示するように河川やダムの水面から所定深さに水没した状態で設けられており、自身に作用する水圧と大気圧との差圧Ｐを検出する。一般に大気圧は略一定と考えることができるので、水圧感応部１が検出する上記差圧Ｐは、河川やダムの水位つまり水圧感応部１に作用する水圧に応じた値となる。この水圧感応部１は、自らの検出量である差圧Ｐをケーブル３を介して水位計変換器５に出力する。

水温感応部２は、図示するように、水中において上記水圧感応部１の上方に設けられる。この水温感応部２は、水深方向（上下方向）に所定間隔で直線状に配列する複数（５個）の白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5からなる。各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5は、雰囲気温度（周囲温度）によって抵抗値が変化する測温抵抗体であり、自身の水深における水温に応じた抵抗値を呈する。これら５個の白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5は、一列に直列接続された抵抗回路（直列回路）を構成している。

このような白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5のうち、白金抵抗体Ｐｔ1は、最も浅い水深Ｄ_１に設定されている。白金抵抗体Ｐｔ2は、上記白金抵抗体Ｐｔ1よりも所定水深だけ深い水深Ｄ_２に設置されている。白金抵抗体Ｐｔ3は、上記白金抵抗体Ｐｔ2よりも所定水深だけ深い水深Ｄ_３に設置されている。白金抵抗体Ｐｔ4は、上記白金抵抗体Ｐｔ3よりも所定水深だけ深い水深Ｄ_４に設置されている。また、白金抵抗体Ｐｔ5は、上記白金抵抗体Ｐｔ4よりも所定水深だけ深い水深Ｄ_５に設置されている。

ここで、水圧感応部１に作用する水圧、つまり水圧感応部１の検出量である差圧Ｐをより正確に検出するためには、水圧感応部１の上方に位置する水の温度（水温）や密度（水密度）をより正確に検出する必要がある。水温感応部２は、このような水温を検出するためのものである。なお、上記水密度は、水温感応部２で検出された水温に基づいて計算によって取得することができる。

すなわち、本実施形態に係る水位計Ａは、水圧感応部１が検出した水圧を水温感応部２が検出した水温を用いて補正することにより、より正確な水位を測定する水圧式水位計である。このような水圧式水位計では、水圧を構成に検出することに加えて、水温を高精度の検出することが重要である。

水圧ケーブル３は、上記水圧感応部１と水位計変換器５とを電気的かつ機械的に接続するケーブルである。この水圧ケーブル３は、水圧感応部１に電力を給電する一対の電源線、水圧感応部１の検出量である上記差圧Ｐを水位計変換器５に伝送する信号線、また水位計変換器５側端部が大気に解放されることにより大気圧を水圧感応部１に伝えるホース等から構成されている。

水温ケーブル４は、複数の芯線Ｓ_ｉ、Ｓ_１Ｈ、Ｓ_１Ｌ、Ｓ_２Ｈ、Ｓ_２Ｌ、Ｓ_３Ｈ、Ｓ_３Ｌ、Ｓ_４Ｈ、Ｓ_４Ｌ、Ｓ_５Ｈ、Ｓ_５Ｌ、Ｓ_ｏを備た多芯ケーブルである。この水温ケーブル４における芯線Ｓ_ｉは、上記抵抗回路（直列回路）において白金抵抗体Ｐｔ1の一端に接続されており、上記抵抗回路（直列回路）に電流を供給する一対の給電線の一方（電流の流入側給電線）である。

芯線Ｓ_１Ｈは、上記芯線Ｓ_Ｐと同様に白金抵抗体Ｐｔ1の一端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ1の一端の端子電圧Ｅ_１Ｈを水位計変換器５に伝送するための信号線である。芯線Ｓ_１Ｌは、白金抵抗体Ｐｔ1の他端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ1の他端の端子電圧Ｅ_１Ｌを水位計変換器５に伝送するための信号線である。

芯線Ｓ_２Ｈは、白金抵抗体Ｐｔ2の一端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ2の一端の端子電圧Ｅ_２Ｈを水位計変換器５に伝送するための信号線である。芯線Ｓ_２Ｌは、白金抵抗体Ｐｔ2の他端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ2の他端の端子電圧Ｅ_２Ｌを水位計変換器５に伝送するための信号線である。

芯線Ｓ_３Ｈは、白金抵抗体Ｐｔ3の一端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ3の一端の端子電圧Ｅ_３Ｈを水位計変換器５に伝送するための信号線である。芯線Ｓ_３Ｌは、白金抵抗体Ｐｔ3の他端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ3の他端の端子電圧Ｅ_３Ｌを水位計変換器５に伝送するための信号線である。

芯線Ｓ_４Ｈは、白金抵抗体Ｐｔ4の一端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ4の一端の端子電圧Ｅ_４Ｈを水位計変換器５に伝送するための信号線である。芯線Ｓ_４Ｌは、白金抵抗体Ｐｔ4の他端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ4の他端の端子電圧Ｅ_４Ｌを水位計変換器５に伝送するための信号線である。

芯線Ｓ_５Ｈは、白金抵抗体Ｐｔ5の一端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ5の一端の端子電圧Ｅ_５Ｈを水位計変換器５に伝送するための信号線である。芯線Ｓ_５Ｌは、白金抵抗体Ｐｔ5の他端に接続されており、当該白金抵抗体Ｐｔ5の他端の端子電圧Ｅ_５Ｌを水位計変換器５に伝送するための信号線である。また、芯線Ｓ_ｏは、上記抵抗回路（直列回路）において白金抵抗体Ｐｔ5の他端に接続されており、上記抵抗回路（直列回路）に電流を供給する一対の給電線の他方（電流の流出側給電線）である。

水位計変換器５は、水温計基板５ａと水位計基板５ｂとを備えている。水温計基板５ａは、水温ケーブル４を介して水温感応部２から入力される各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の各端子電圧Ｅ_１Ｈ、Ｅ_１Ｌ、Ｅ_２Ｈ、Ｅ_２Ｌ、Ｅ_３Ｈ、Ｅ_３Ｌ、Ｅ_４Ｈ、Ｅ_４Ｌ、Ｅ_５Ｈ、Ｅ_５Ｌに基づいて、各水深Ｄ_１〜Ｄ_５における水温Ｔ_１〜Ｔ_５を演算する。なお、この水温計基板５ａの詳細については後述する。

水位計基板５ｂは、水圧ケーブル３を介して水圧感応部１から入力される差圧信号（上記差圧Ｐを示す信号）を受け付ける入力回路、上記差圧信号と水温計基板５ａから入力される上記水温Ｔ_１〜Ｔ_５とに基づいて水位Ｈを演算する演算回路等が実装された回路基板であり、差圧Ｐ及び各水温Ｔ1〜Ｔ5に基づいて河川やダム等の水位Ｈを演算する。なお、この水位計基板５ｂは、本発明における水位演算部に相当する。

ここで、水位計変換器５における水温計基板５ａは、上述した水温感応部２、水温ケーブル４と共に本実施形態に係る温度測定装置Ｂを構成している。また、本実施形態に係る水位計Ａは、このような温度測定装置Ｂに水圧感応部１、水圧ケーブル３及び水位計基板５ｂを加えた装置として構成されている。

上記水温計基板５ａは、詳細には、図２に示すように複数（１０個）のローパスフィルタＦ_１Ｈ、Ｆ_１Ｌ、Ｆ_２Ｈ、Ｆ_２Ｌ、Ｆ_３Ｈ、Ｆ_３Ｌ、Ｆ_４Ｈ、Ｆ_４Ｌ、Ｆ_５Ｈ、Ｆ_５Ｌ、基準抵抗器６、定電流源７、マルチプレクサ８、ＡＤコンバータ９及び演算回路１０を備える。

ローパスフィルタＦ_１Ｈは、上述した水温ケーブル４の芯線Ｓ_１Ｈとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_１Ｈに重畳する外乱ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。ローパスフィルタＦ_１Ｌは、上述した水温ケーブル４の芯線Ｓ_１Ｌとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_１Ｌに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。

ローパスフィルタＦ_２Ｈは、水温ケーブル４の芯線Ｓ_２Ｈとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_２Ｈに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。ローパスフィルタＦ_２Ｌは、上述した水温ケーブル４の芯線Ｓ_２Ｌとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_２Ｌに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。

ローパスフィルタＦ_３Ｈは、水温ケーブル４の芯線Ｓ_３Ｈとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_３Ｈに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。ローパスフィルタＦ_３Ｌは、上述した水温ケーブル４の芯線Ｓ_３Ｌとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_３Ｌに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。

ローパスフィルタＦ_４Ｈは、水温ケーブル４の芯線Ｓ_４Ｈとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_４Ｈに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。ローパスフィルタＦ_４Ｌは、上述した水温ケーブル４の芯線Ｓ_４Ｌとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_４Ｌに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。

ローパスフィルタＦ_５Ｈは、水温ケーブル４の芯線Ｓ_５Ｈとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_５Ｈに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。ローパスフィルタＦ_５Ｌは、上述した水温ケーブル４の芯線Ｓ_５Ｌとマルチプレクサ８との間に設置（挿入）されるフィルタであり、端子電圧Ｅ_５Ｌに重畳する外来ノイズのマルチプレクサ８への入力を除去する。

基準抵抗器６は、高精度の特定抵抗値を有する抵抗器である。この基準抵抗器６は、例えば温度が一定に管理された容器（恒温槽）内に収容されることにより特定抵抗値を高精度に維持する。この基準抵抗器６は、一端が芯線Ｓ_ｏに接続されることにより水温感応部２に直列接続されており、また他端が定電流源７の電流流入側端子に接続されている。このような基準抵抗器６における各端子の端子電圧、つまり一方の端子の端子電圧Ｅ_ＲＨと他方の端子の端子電圧Ｅ_ＲＬとは、図示するように内部配線を介してマルチプレクサ８に入力される。

定電流源７は、水温感応部２と基準抵抗器６との直列回路に第１電流Ｉ_１あるいは第２電流Ｉ_２を択一的に給電する電流源である。この定電流源７は、電流流出側端子が芯線Ｓ_ｉに接続され、電流流入側端子が基準抵抗器６の他端に接続されている。なお、定電流源７の詳細については後述する。

マルチプレクサ８は、水温ケーブル４を介して水温感応部２から入力される各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の各端子電圧Ｅ_１Ｈ、Ｅ_１Ｌ、Ｅ_２Ｈ、Ｅ_２Ｌ、Ｅ_３Ｈ、Ｅ_３Ｌ、Ｅ_４Ｈ、Ｅ_４Ｌ、Ｅ_５Ｈ、Ｅ_５Ｌ及び内部配線を介して基準抵抗器６から入力される一対の端子電圧Ｅ_ＲＨ、Ｅ_ＲＬを受け付け、何れかの白金抵抗体に関する端子電圧対を出力する。

すなわち、マルチプレクサ８は、端子電圧Ｅ_１Ｈと端子電圧Ｅ_１Ｌとからなる第１の端子電圧対、端子電圧Ｅ_２Ｈと端子電圧Ｅ_２Ｌとからなる第２の端子電圧対、端子電圧Ｅ_３Ｈと端子電圧Ｅ_３Ｌとからなる第３の端子電圧対、端子電圧Ｅ_４Ｈと端子電圧Ｅ_４Ｌとからなる第４の端子電圧対、端子電圧Ｅ_５Ｈと端子電圧Ｅ_５Ｌとからなる第５の端子電圧対、あるいは端子電圧Ｅ_ＲＨと端子電圧Ｅ_ＲＬとからなる基準端子電圧対のうち、何れか１つを選択してＡＤコンバータ９に出力する。

ＡＤコンバータ９は、アナログ値である上記第１〜第５の端子電圧対の差電圧つまり各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子間電圧Ｖ_ｃ１〜Ｖ_ｃ５、また基準端子電圧対の差電圧つまり基準抵抗器６の端子間電圧Ｖ_ｒをデジタル値に変換して演算回路１０に出力する。このようなＡＤコンバータ９及び上記マルチプレクサ８は、各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の各端子電圧Ｅ_１Ｈ、Ｅ_１Ｌ、Ｅ_２Ｈ、Ｅ_２Ｌ、Ｅ_３Ｈ、Ｅ_３Ｌ、Ｅ_４Ｈ、Ｅ_４Ｌ、Ｅ_５Ｈ、Ｅ_５Ｌ及び基準抵抗器６の端子電圧Ｅ_ＲＨ、Ｅ_ＲＬに基づいて、各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子間電圧Ｖ_ｃ１〜Ｖ_ｃ５を及び基準抵抗器６の端子間電圧Ｖ_ｒを計測するものであり、本発明における電圧計測部に相当する。

演算回路１０は、上記ＡＤコンバータ９から入力された各端子間電圧Ｖ_ｃ１〜Ｖ_ｃ５、Ｖ_ｒ（デジタル値）に所定の演算処理を施すことにより、各水深Ｄ_１〜Ｄ_５における水温Ｔ_１〜Ｔ_５を演算する。なお、この演算回路１０は、本発明における温度演算部に相当する。この演算回路１０における演算処理は、本実施形態に係る温度測定装置Ｂの特徴点であり、後述する動作説明の欄で詳しく説明する。

図３は、上記定電流源７の詳細構成を示す回路図である。定電流源７は、この図２に示すように第１電圧源１１、トランジスタ１２、第１抵抗器１３、第２抵抗器１４、接点スイッチ１５、演算増幅器１６及び第２電圧源１７を備えている。

第１電圧源１１は、プラス端子とマイナス端子とを備え、プラス端子が第１抵抗器１３に一端及び第２抵抗器１４の一端に接続され、マイナス端子が上述した基準抵抗器６の他端に接続されている。トランジスタ１２は、エミッタ端子が第１抵抗器１３の他端及び接点スイッチ１５の一端に接続され、コレクタ端子が芯線Ｓ_ｉを介して水温感応部２の一端に接続され、ベース端子が演算増幅器１６の出力端子に接続されている。このようなトランジスタ１２は、電流増幅素子として機能する。

第１抵抗器１３は、一端が第１電圧源１１のプラス端子に接続され、他端がトランジスタ１２のエミッタ端子に接続されている。この第１抵抗器１３は、トランジスタ１２のエミッタ抵抗として機能する。第２抵抗器１４は、一端が第１電圧源１１のプラス端子に接続され、他端が接点スイッチ１５の他端に接続されている。この第２抵抗器１４は、第１抵抗器１３と同様にトランジスタ１２のエミッタ抵抗として機能する。

接点スイッチ１５は、一端がトランジスタ１２のエミッタ端子に接続され、他端が第２抵抗器１４の他端に接続されている。この接点スイッチ１５は、演算回路１０から入力される切替信号によって、第２抵抗器１４をエミッタ抵抗として機能させるか否か、つまり閉状態と開状態とを切り替える。

演算増幅器１６は、正相入力端子が第２電圧源１７のプラス端子に接続され、逆相入力端子がトランジスタ１２のエミッタ端子に接続され、また出力端子がトランジスタ１２のベース端子に接続されている。この演算増幅器１６は、ボルテージフォロアとして機能し、トランジスタ１２のエミッタ電圧と第２電圧源１７の電圧との差電圧に応じた出力電圧をトランジスタ１２のベース端子に出力する。

第２電圧源１７は、プラス端子が演算増幅器１６の正相入力端子に接続され、マイナス端子が接地されている。この第２電圧源１７は、トランジスタ１２のベース電圧の基準となる電圧、つまりトランジスタ１２を制御するための基準電圧を演算増幅器１６の正相入力端子に出力する。

次に、このように構成された水位計Ａ及び温度測定装置Ｂの動作について詳しく説明する。

最初に、図３に示した定電流源７の動作について説明する。この定電流源７では、第１電圧源１１の出力電圧を「Ｖ_１」、第２電圧源１７の出力電圧を「Ｖ_２」、第１抵抗器１３の抵抗値を「Ｒ_１」、第２抵抗器１４の抵抗値を「Ｒ_２」とした場合、トランジスタ１２のコレクタ電流、つまり定電流源７の出力である第１電流Ｉ_１及び第２電流Ｉ_２は下式（２）によって与えられる。

この式（２）で与えられる第１電流Ｉ_１は、接点スイッチ１５を開状態とした場合のコレクタ電流であり、第２電流Ｉ_２は接点スイッチ１５を閉状態とした場合のコレクタ電流である。すなわち、この定電流源７によれば、接点スイッチ１５の開状態と閉状態とを切替信号によって切り替えるのみによって第１電流Ｉ_１と第２電流Ｉ_２とを容易に切り替えることが可能である。

続いて、温度測定装置Ｂの動作について説明する。この温度測定装置Ｂでは、演算回路１０から定電流源７に供給される切替信号によって、定電流源７の出力が第１電流Ｉ_１に設定される。そして、第１電流Ｉ_１が給電された状態の各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子電圧Ｅ_１Ｈ１、Ｅ_１Ｌ１、Ｅ_２Ｈ１、Ｅ_２Ｌ１、Ｅ_３Ｈ１、Ｅ_３Ｌ１、Ｅ_４Ｈ１、Ｅ_４Ｌ１、Ｅ_５Ｈ１、Ｅ_５Ｌ１が芯線Ｓ_１Ｈ、Ｓ_１Ｌ、Ｓ_２Ｈ、Ｓ_２Ｌ、Ｓ_３Ｈ、Ｓ_３Ｌ、Ｓ_４Ｈ、Ｓ_４Ｌ、Ｓ_５Ｈ、Ｓ_５Ｌ及びローパスフィルタＦ_１Ｈ、Ｆ_１Ｌ、Ｆ_２Ｈ、Ｆ_２Ｌ、Ｆ_３Ｈ、Ｆ_３Ｌ、Ｆ_４Ｈ、Ｆ_４Ｌ、Ｆ_５Ｈ、Ｆ_５Ｌを介してマルチプレクサ８に入力され、当該マルチプレクサ８を経由してＡＤコンバータ９から出力された各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子間電圧Ｖ_ｃ１１〜Ｖ_ｃ５１が演算回路１０に入力される。

また、第１電流Ｉ_１が給電された状態の基準抵抗器６の端子電圧Ｅ_ＲＨと端子電圧Ｅ_ＲＬが内部配線を介してマルチプレクサ８に入力され、当該マルチプレクサ８を経由してＡＤコンバータ９から出力された基準抵抗器６の端子間電圧Ｖ_ｒ１が演算回路１０に入力される。演算回路１０は、上記各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子間電圧Ｖ_ｃ１１〜Ｖ_ｃ５１及び基準抵抗器６の端子間電圧Ｖ_ｒ１を第１電流Ｉ_１に対応する第１の端子間電圧として内部メモリに一時記憶する。

続いて、演算回路１０から定電流源７に供給される切替信号によって、定電流源７の出力が第２電流Ｉ_２に設定される。そして、第２電流Ｉ_２が給電された状態の各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子電圧Ｅ_１Ｈ２、Ｅ_１Ｌ２、Ｅ_２Ｈ２、Ｅ_２Ｌ２、Ｅ_３Ｈ２、Ｅ_３Ｌ２、Ｅ_４Ｈ２、Ｅ_４Ｌ２、Ｅ_５Ｈ２、Ｅ_５Ｌ２が芯線Ｓ_１Ｈ、Ｓ_１Ｌ、Ｓ_２Ｈ、Ｓ_２Ｌ、Ｓ_３Ｈ、Ｓ_３Ｌ、Ｓ_４Ｈ、Ｓ_４Ｌ、Ｓ_５Ｈ、Ｓ_５Ｌ及びローパスフィルタＦ_１Ｈ、Ｆ_１Ｌ、Ｆ_２Ｈ、Ｆ_２Ｌ、Ｆ_３Ｈ、Ｆ_３Ｌ、Ｆ_４Ｈ、Ｆ_４Ｌ、Ｆ_５Ｈ、Ｆ_５Ｌを介してマルチプレクサ８に入力され、当該マルチプレクサ８を経由してＡＤコンバータ９から出力された各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子間電圧Ｖ_ｃ１２〜Ｖ_ｃ５２が演算回路１０に入力される。

また、第２電流Ｉ_２が給電された状態の基準抵抗器６の端子電圧Ｅ_ＲＨと端子電圧Ｅ_ＲＬがマルチプレクサ８に入力され、当該マルチプレクサ８を経由してＡＤコンバータ９から出力された基準抵抗器６の端子間電圧Ｖ_ｒ２が演算回路１０に入力される。演算回路１０は、上記各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の端子間電圧Ｖ_ｃ１２〜Ｖ_ｃ５２及び基準抵抗器６の端子間電圧Ｖ_ｒ２を第２電流Ｉ_２に対応する第２の端子間電圧として内部メモリに一時記憶する。

そして、演算回路１０は、上記第１の端子間電圧Ｖ_ｃ１１〜Ｖ_ｃ５１、Ｖ_ｒ１及び上記第２の端子間電圧Ｖ_ｃ１２〜Ｖ_ｃ５２、Ｖ_ｒ２を下式（４）に代入することにより、基準抵抗器６の抵抗値Ｒ_ｒ及び各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の抵抗値Ｒ_ｃ１〜Ｒ_ｃ５を演算する。

すなわち、この式（３）が示すように、基準抵抗器６の抵抗値Ｒ_ｒは、第１端子間電圧Ｖ_ｒ１と第２端子間電圧Ｖ_ｒ２との差分（Ｖ_ｒ１−Ｖ_ｒ２）を第１電流Ｉ_１と第２電流Ｉ_２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。一方、白金抵抗体Ｐｔ1の抵抗値Ｒ_ｃ１は第１端子間電圧Ｖ_ｃ１１と第２端子間電圧Ｖ_ｃ１２との差分（Ｖ_ｃ１１−Ｖ_ｃ１２）を第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。また、白金抵抗体Ｐｔ2の抵抗値Ｒ_ｃ２は第１端子間電圧Ｖ_ｃ２１と第２端子間電圧Ｖ_ｃ２２との差分（Ｖ_ｃ２１−Ｖ_ｃ２２）を第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。

また、白金抵抗体Ｐｔ3の抵抗値Ｒ_ｃ３は第１端子間電圧Ｖ_ｃ３１と第２端子間電圧Ｖ_ｃ３２との差分（Ｖ_ｃ３１−Ｖ_ｃ３２）を第１電流Ｉ_１と第２電流Ｉ_２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。また、白金抵抗体Ｐｔ4の抵抗値Ｒ_ｃ４は第１端子間電圧Ｖ_ｃ４１と第２端子間電圧Ｖ_ｃ４２との差分（Ｖ_ｃ４１−Ｖ_ｃ４２）を第１電流Ｉ_１と第２電流Ｉ_２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。さらに、白金抵抗体Ｐｔ5の抵抗値Ｒ_ｃ５は第１端子間電圧Ｖ_ｃ５１と第２端子間電圧Ｖ_ｃ５２との差分（Ｖ_ｃ５１−Ｖ_ｃ５２）を第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との差分（Ｉ_１−Ｉ_２）で除算した値として与えられる。

演算回路１０は、上式（３）を用いて基準抵抗器６の抵抗値Ｒ_ｒ及び各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5抵抗値Ｒ_ｃ１〜Ｒ_ｃ５を求めると、基準抵抗器６の抵抗値Ｒ_ｒを用いて各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5抵抗値Ｒ_ｃ１〜Ｒ_ｃ５に含まれる誤差（ゲイン誤差）を補正する。すなわち、演算回路１０は、下式（４）を用いることによりゲイン誤差を補正した抵抗値Ｒ_ｃ１ｈ〜Ｒ_ｃ５ｈを求める。なお、この式（４）におけるＲ_ｒｅｆは、基準抵抗値６の既知抵抗値である。

そして、演算回路１０は、式（４）によってゲイン誤差補正された抵抗値Ｒ_ｃ１ｈ〜Ｒ_ｃ５ｈを予め記憶した温度データと比較照合することにより、各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の水深Ｄ_１〜Ｄ_５における水温Ｔ_１〜Ｔ_５を演算する。そして、演算回路１０は、このようにして得られた水深Ｄ_１〜Ｄ_５における水温Ｔ_１〜Ｔ_５を水位計基板５ｂに出力する。

このような本実施形態に係る温度測定装置Ｂによれば、各芯線Ｓ_１Ｈ、Ｓ_１Ｌ、Ｓ_２Ｈ、Ｓ_２Ｌ、Ｓ_３Ｈ、Ｓ_３Ｌ、Ｓ_４Ｈ、Ｓ_４Ｌ、Ｓ_５Ｈ、Ｓ_５Ｌに設けられるローパスフィルタＦ_１Ｈ、Ｆ_１Ｌ、Ｆ_２Ｈ、Ｆ_２Ｌ、Ｆ_３Ｈ、Ｆ_３Ｌ、Ｆ_４Ｈ、Ｆ_４Ｌ、Ｆ_５Ｈ、Ｆ_５Ｌのインピーダンスに偏差が生じても、当該偏差が基準抵抗器６の抵抗値Ｒ_ｒ及び測温抵抗体の抵抗値Ｒ_ｃ１〜Ｒ_ｃ５を演算する際にキャンセルされるので、上記インピーダンス偏差に起因する誤差（オフセット誤差）を低減あるいは解消することが可能である。

したがって、本実施形態に係る温度測定装置Ｂよれば、ゲイン誤差に加えてオフセット誤差をも低減あるいは解消することができるので、各白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5の抵抗値を従来よりも正確に求めることが可能であり、よって水温測定誤差を従来よりも低減することが可能である。

一方、水位計基板５ｂは、水圧ケーブル３を介して水圧感応部１から入力される差圧Ｐ、また水温計基板５ａから入力される各水深Ｄ_１〜Ｄ_５における水温Ｔ_１〜Ｔ_５に基づいて水位Ｈを演算する。すなわち、水位計基板５ｂは、水温Ｔ_１〜Ｔ_５に基づいて水圧感応部１の上方における水の密度ρを演算すると共に水温補正係数Ｋを演算する。そして、水位計基板５ｂは、差圧Ｐ、密度ρ及び水温補正係数Ｋをパラメータとする下式（５）に基づいて水位Ｈを求める。

このような本実施形態に係る水位計Ａによれば、各水深Ｄ_１〜Ｄ_５における水温Ｔ_１〜Ｔ_５を従来よりも正確に求めることができるので、従来よりも正確に水位Ｈを求める。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記実施形態では、水位計Ａに適用される温度測定装置Ｂについて説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、温度測定装置Ｂを他の用途に用いてもよい。

（２）上記実施形態では、５個の白金抵抗体Ｐｔ1〜Ｐｔ5を備える温度測定装置Ｂについて説明したが、本発明はこれに限定されない。白金抵抗体は最低１つあればよく、白金抵抗体の個数は用途に応じて適宜設定されるべきものである。

（３）上記実施形態では、基準抵抗器６を用いてゲイン誤差を補正したが、本発明はこれに限定されない。例えば第１電流Ｉ_１及び第２電流Ｉ_２の設定精度が十分に高精度であれば、基準抵抗器６を削除してゲイン誤差を省略してもよい。

Ａ 水位計
Ｂ 温度測定装置
Ｓ_ｉ、Ｓ_１Ｈ、Ｓ_１Ｌ、Ｓ_２Ｈ、Ｓ_２Ｌ、Ｓ_３Ｈ、Ｓ_３Ｌ、Ｓ_４Ｈ、Ｓ_４Ｌ、Ｓ_５Ｈ、Ｓ_５Ｌ、Ｓ_ｏ 芯線
１ 水圧感応部
２ 水温感応部
３ 水圧ケーブル
４ 水温ケーブル
５ 水位計変換器
５ａ 水温計基板
５ｂ 水位計基板（水位演算部）
６ 基準抵抗器
７ 定電流源（電流源）
８ マルチプレクサ
９ ＡＤコンバータ
１０ 演算回路（水温演算部）
１１ 第１電圧源
１２ トランジスタ
１３ 第１抵抗器
１４ 第２抵抗器
１５ 接点スイッチ
１６ 演算増幅器
１７ 第２電圧源

Claims (4)

1. 基準抵抗器に測温抵抗体が直列接続された抵抗回路と、
   該抵抗回路に第１電流Ｉ_１あるいは第２電流Ｉ_２を択一的に給電する電流源と、
   前記測温抵抗体の端子電圧を伝送する芯線を備えるケーブルと、
   前記芯線に設けられるフィルタと、
   前記基準抵抗器の端子電圧及び前記芯線から入力される前記測温抵抗体の各端子電圧に基づいて、前記第１電流Ｉ_１が給電されたときの前記基準抵抗器の第１端子間電圧Ｖ_ｒ１及び前記測温抵抗体の第１端子間電圧Ｖ_ｃ１並びに前記第２電流Ｉ_２が給電されたときの前記基準抵抗器の第２端子間電圧Ｖ_ｒ２及び前記測温抵抗体の第２端子間電圧Ｖ_ｃ２をそれぞれ計測する電圧計測部と、
   下式（１）に基づいて前記基準抵抗器の抵抗値Ｒ_ｒ及び前記測温抵抗体の抵抗値Ｒ_ｃを演算し、当該抵抗値Ｒ_ｒ、Ｒ_ｃに基づいて前記測温抵抗体の周囲温度を特定する温度演算部と
   を備えることを特徴とする温度測定装置。
   

   
2. 前記電流源は、スイッチを用いて２つの抵抗値を選択することにより第１電流Ｉ_１及び第２電流Ｉ_２を前記抵抗回路に出力することを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記抵抗回路は、直列接続された複数の測温抵抗体を備え、
   前記電圧計測部は、複数の前記測温抵抗体について第１端子間電圧Ｖ_ｃ１及び第２端子間電圧Ｖ_ｃ２をそれぞれ計測し、
   前記温度演算部は、上式（１）に基づいて複数の前記測温抵抗体の周囲温度を特定することを特徴とする請求項１または２記載の温度測定装置。
4. 水圧を検出する水圧感応部と、
   前記測温抵抗体で水温を測定する請求項１または２記載の温度測定装置と、
   該温度測定装置で測定された水温に基づいて水の密度を演算し、当該密度を用いて前記水圧感応部が検出した水圧を補正することにより水位を演算する水位演算部と
   を備えることを特徴とする水位計。
   

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