JP2018163140A - 2線式抵抗温度検出器及び使用方法 - Google Patents

2線式抵抗温度検出器及び使用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高精度な温度測定を可能にする、軽量且つ低コストな2線式抵抗温度検出器を提供する。【解決手段】2線式抵抗温度検出器102は、温度変化に応答して変化するセンサ抵抗を有するRTDセンサ106を含む。加えて、2線式RTD102は、第1の電流パルス146と第2の電流パルスを生成するためのパルス発生装置を有する制御ユニット140に、RTDセンサ、電気的に連結するリードペア130を含む。2線式RTDはまた、リードペア間に電気的に連結され、第1の電流パルスを受けると開放状態で動作可能となり、第2の電流パルスを受けると閉鎖状態で動作可能となるスイッチ160を含む。開放状態162では、第1の電流パルスはリードペアとRTDセンサを通って流れる。閉鎖状態では、第2の電流パルスはリードペアを通って流れる。スイッチによって、制御ユニットはセンサ抵抗(RS)及び対応するセンサ温度を決定することができる。【選択図】図7

Description

本開示は概して温度測定に関し、より具体的には、改良され高い精度を有する2線式抵抗温度検出器に関する。
適切な操作を行うため、システムによっては高い精度の温度測定を必要とする。例えば、宇宙打ち上げビークルは、様々なサブシステムを正確にモニタして適切に機能させるため、数百個もの温度センサを含みうる。具体的な実施例では、液体推進剤ロケットエンジンを備えた打ち上げビークルは、極低温推進剤の温度を正確にモニタすることが必要になりうる。打ち上げビークルは、極低温推進剤の熱管理のための制御ユニットを有する。制御ユニットは、推進剤タンク、流体導管、バルブ、及びその他の推進剤システム構成要素など、打ち上げビークルの様々な場所で極低温推進剤の温度測定を必要としうる。幾つかの実施例では、制御ユニットは、温度測定が行われる場所から比較的遠く離れたところに配置されることがある。
抵抗温度検出器(RTD)は、温度測定が望まれる構成要素に装着されるRTDセンサ(例えば、抵抗素子)を含む装置である。RTDセンサに少量の電流(すなわち、励起電流)を流すことによって、RTDセンサの両端に電圧を生成する。RTDセンサの両端の電圧は、電流がRTDセンサを通過するときのRTDセンサの抵抗を決定するために使用される。センサ抵抗は、センサ抵抗と共に直線的に変化するRTDセンサの温度を決定するために使用される。その際、RTDセンサが高温になるにつれてセンサの抵抗は大きくなり、逆に、温度が下がれば抵抗は小さくなる。RTDセンサは、センサ抵抗を決定し、その後センサ温度との関連を決定するため、センサ電圧を測定する制御ユニットに電気的に連結されうる。
従来の2線式RTDでは、RTDセンサは、絶縁済み銅ワイヤなど、ワイヤリードペアによって制御ユニットに電気的に連結されうる。残念ながら、ワイヤリードの抵抗はRTDセンサの抵抗に加わり、制御ユニットによって決定される総電気抵抗はRTDセンサ単独よりも大きくなり、その結果、誤った温度測定となる。温度測定の誤差はワイヤリードの長さに比例するため、非常に長いワイヤリードは、これに対応して大きな温度測定誤差をもたらす。加えて、温度が異なればワイヤリードの抵抗も異なる。例えば、打ち上げビークルの極低温推進剤のモニタ用など、極低温度(例えば、−300F未満)で従来の2線式RTDが使用されるときには、極低温度でのワイヤリードの抵抗の変化は相対的に小さいため、温度測定誤差は相対的に大きくなりうる。
従来の2線式RTDに関連する誤差を補償する試みとして、制御ユニットの総抵抗値をワイヤリードの静抵抗に等しい分だけ調整する方法がある。ワイヤリードの静抵抗は、所定の温度での各ワイヤリードの1フィートあたりの既知の抵抗値に基づいて計算可能である。代替的に、所定の温度でもワイヤリードの静抵抗は測定可能である。残念ながら、飛行中又は稼働中には、ワイヤリードの実際の抵抗は、ワイヤリードの抵抗の計算値又は測定値とは異なることがある。更に、ワイヤリードの長さ方向のある区間は、静抵抗が計算又は測定された温度よりも低いこと、又は高いことがありうる。
従来の2線式RTDに関連する誤差を補償するその他の試みには、3線式RTD及び4線式RTDの開発が含まれている。3線式RTDは、標準的な2線式RTDに第3のワイヤリードを追加する。第3のワイヤリードは、制御ユニットにフィードバック信号を送信するために使用される。制御ユニットはこれを使用して、ワイヤリードに付加された抵抗によって引き起こされる温度測定誤差を補償する。しかしながら、数百個の温度センサを有する宇宙打ち上げビークルの場合、第3のワイヤリードをRTDに付加することは、打ち上げビークルのコストと重量を増大させ、ビークルの性能を損なう。例えば、3線式RTDの重量の増大は、打ち上げビークルのペイロード能力及び/又は利用できる推進剤の重量を減少させる結果となりうる。4線式RTDは、標準的な2線式RTDに2本のワイヤリードを追加し、制御ユニットによる信号電圧測定だけを要求することによって、測定プロセスを単純化する。2本の追加ワイヤは励起電流を伝えないため、測定誤差に影響を及ぼすことはない。しかしながら、4線式RTDの追加された2本のリードワイヤは、RTDのコストと重量を更に増大させ、ビークルの性能を更に損なう。
以上のように、当該技術分野においては、高精度な温度測定を可能にする、軽量且つ低コストな抵抗温度検出器が必要になっている。
抵抗温度検出器に関連する上述のニーズは、RTDセンサの温度変化に応答して変化するセンサ抵抗を有するRTDセンサを含む、2線式抵抗温度検出器(RTD)を提供する本開示によって、具体的に対処され緩和される。加えて、2線式RTDは、第1の電流パルス及び第2の電流パルスを生成するように構成された少なくとも1つの電流パルス発生装置を有する制御ユニットに、RTDセンサを電気的に連結するリードペアを含む。リードペアは全体としてリード抵抗を有する。2線式RTDはまた、リードペア間に電気的に連結され、第1の電流パルスにさらされると開放状態で動作可能となり、第2の電流パルスにさらされると閉鎖状態で動作可能となるスイッチを含む。開放状態では、第1の電流パルスはリードペアとRTDセンサを通って流れる。閉鎖状態では、第2の電流パルスはスイッチを経由してリードペアを通って流れる。このスイッチにより、制御ユニットは、スイッチが開放状態にあるときにリード抵抗に結合されたセンサ抵抗と、スイッチが閉鎖状態にあるときのリード抵抗との間の差分に基づいて、センサ抵抗とこれに対応するセンサ温度を決定することができる。
制御ユニット及び2線式RTDを含む温度検出システムも開示される。制御ユニットは、第1の電流パルスと第2の電流パルスを生成するように構成された、少なくとも1つの電流パルス発生装置を有する。2線式RTDは、RTDセンサ、RTDセンサを制御ユニットに電気的に連結するリードペア、並びに、リードペア間に電気的に連結され、第1の電流パルスにさらされると開放状態で動作可能となり、第2の電流パルスにさらされると閉鎖状態で動作可能となるスイッチを含む。スイッチが開放状態にあると、第1の電流パルスはリードペアとRTDセンサを通って流れる。スイッチが閉鎖状態にあると、第2の電流パルスはスイッチを経由してリードペアを通って流れる。制御ユニットは、スイッチが開放状態にあるときにリード抵抗に結合されたセンサ抵抗と、スイッチが閉鎖状態にあるときのリード抵抗との間の差分に基づいて、センサ抵抗とこれに対応するセンサ温度を決定するように構成されている。
加えて、温度測定の方法が開示されている。本方法は、制御ユニットの電流パルス発生装置を使用して、センサ抵抗を有するRTDセンサに制御ユニットを電気的に連結するリードペアの1つのリードに、第1の電流パルスを印加することを含む。リードペアは全体としてリード抵抗を有し、スイッチによって電気的に連結されている。本方法はまた、第1の電流パルスに応答して、開放状態にあるスイッチを操作し、これによって第1の電流パルスがリードペアとRTDセンサを通って流れるようにすることを含む。加えて、本方法はまた、スイッチが開放状態にあるときに、スイッチが開放状態にあるときのセンサ抵抗とリード抵抗の組み合わせを含む第1の抵抗を測定することを含む。本方法は更に、電流パルス発生装置を使用して、リードペアの1つのリードに第2の電流パルスを印加することを含む。加えて、本方法は、第2の電流パルスに応答して、閉鎖状態にあるスイッチを操作し、これによって第2の電流パルスがスイッチを経由してリードペアを通って流れるようにすることを含む。更に、本方法は、スイッチが閉鎖状態にあるときに、リード抵抗を含む第2の抵抗を測定することを含む。本方法はまた、制御ユニットを使用して、第1の抵抗と第2の抵抗との間の差分に基づいて、センサ抵抗とこれに対応するセンサ温度を決定することを含む。
上述した特徴、機能及び利点は、本開示の様々な実施形態において独立して達成可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である更に他の実施形態において組み合わされてもよい。
本開示の上記の及びその他の特徴は、図面を参照することでより明白となり、図面では、全体を通して類似の番号が類似の部分を表している。
温度センサ、温度センサと制御ユニットとの間に延在するリードペア(例えば、2本のワイヤ)、及びリードペア間に電気的に連結されたスイッチを含む、2線式抵抗温度検出器(RTD)を有する温度検出システムのブロック図である。 本開示の複数の2線式RTDを組み込んだ打ち上げビークルの非限定的な実施例の図解である。 極低温推進剤の流体導管に装着された本開示の2線式RTDを図解する、打ち上げビークルの下方部分の拡大図である。 温度に対して、従来の2線式RTDによって提供される温度測定の誤差をプロットしたグラフである。ここでは、約−300Fを下回る温度として定義される極低温で、比較的大きな誤差が発生することを示している。 薄膜RTDセンサとして構成されるRTDセンサの実施例の図解である。 ワイヤが巻かれたRTDセンサとして構成される、RTDセンサの実施例の図解である。 電流パルス発生装置によって生成された第1の電流パルスにさらされた結果として、開放状態又は開放位置にあるスイッチを示す、2線式RTDの実施例の概略的な図解である。これにより、第1の電流パルスはリードペアと温度センサを通って流れる。 第1の電流パルスよりも大きい第2の電流パルスにさらされた結果として、閉鎖状態又は閉鎖位置にあるスイッチを示す、図7の2線式RTDの概略的な図解である。これにより、第2の電流パルスはスイッチを経由してリードペアを通って流れる。 パルス周期に対して、スイッチが開放状態にあるときにリードペアとセンサを通って流れる第1の電流パルスと、スイッチが閉鎖状態にあるときにリードペアを通って流れる第2の電流パルスとを交互に印加している間の抵抗値をプロットしたグラフである。 スイッチが、第1の方向に流れる第1の電流パルスにさらされた結果として、開放状態で動作するダイオードを有する受動スイッチである、2線式RTDの実施例の概略的な図解である。これにより、第1の電流パルスはリードペアと温度センサを通って流れる。 第1の方向と反対の第2の方向に流れる第2の電流パルスにさらされた結果として、閉鎖状態で動作するダイオードを示す図10の2線式RTDの概略的な図解である。これにより、第2の電流パルスはリードペアだけを通って流れる。 スイッチが、第1の電流パルスの流れにさらされた結果として、開放状態での動作を示す電界効果トランジスタ(FET)を有する2線式RTDの概略的な図解である。これにより、第1の電流パルスはリードペアと温度センサを通って流れる。 第1の電流パルスよりも大きい第2の電流パルスにさらされた結果として、閉鎖状態で動作する電界効果トランジスタ(FET)を示す図10の2線式RTDの概略的な図解である。これにより、第2の電流パルスはリードペアを通って流れる。 パルス周期に対して、同一のパルス周期を有する第1の電流パルスと第2の電流パルスを印加する間の抵抗値をプロットしたグラフで、第1の電流パルスはパルス周期の25パーセントである第1のパルス幅を有し、第2の電流パルスはパルス周期の50パーセントである第2のパルス幅を有している。 パルス周期に対して、第1のパルス周期の第1の電流パルスと第2のパルス周期の第2の電流パルスを印加する間の抵抗値をプロットしたグラフで、第1の電流パルスは、第1のパルス周期の25パーセントである第1のパルス幅、第1のパルス周期の50パーセントである第2の周期を有し、第2のパルス幅は第2のパルス周期の50パーセントである。 温度の測定方法に含まれる一又は複数の操作を示すフロー図である。
ここで図面を参照すると、これらの図面は本開示の好ましい様々な実施形態を例示する目的で示されており、図1には、制御ユニット140に電気的に連結された2線式抵抗温度検出器(RTD)102を有する温度検出システム100のブロック図が示されている。2線式RTD102は、RTDセンサ106、RTDセンサ106と制御ユニット140との間に延在する導電性リードペア130、及び、リードペア130間に電気的に連結されたスイッチ160を含む。RTDセンサ106は、プラチナ、ニッケル、銅、又は他の材料から形成された抵抗素子を含み、温度が測定又はモニタされる構成要素218に連結されるように構成されている。構成要素218は、RTDセンサ106が対象物の温度を測定するために装着される対象物であってよく、或いは、構成要素218は、流体の温度を測定するためにRTDセンサ106が浸される流体などの材料であってよい。RTDセンサ106は、センサ温度Tの変化に応答して、直線的に変化するセンサ抵抗Rを有する。
リードペア130は、リードペア間にそれぞれ延在し、RTDセンサ106を制御ユニット140に電気的に連結する第1のリード132と第2のリード134を含む。リード130は、絶縁又は非絶縁の金属(例えば、銅、アルミニウムなど)ワイヤなど、導電性ワイヤとして提供されうる。リードペア130は全体として、温度と共に変化するリード抵抗Rを有する。リード抵抗Rは、第1のリード132の第1のリード抵抗RL1と第2のリード134の第2のリード抵抗RL2との和である。第1のリード132及び第2のリード134は、第1のリード抵抗RL1と第2のリード抵抗RL2とが実質的に同等となるように、同一の長さ、ゲージ及び材料であることが好ましい。
制御ユニット140は、一又は複数の2線式RTD102専用の独立型ユニットであってもよく、或いは、制御ユニット140は、電子モジュール(図示せず)又は別のシステム(図示せず)の装置に一体化されてもよい。制御ユニット140は、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151を生成するように構成された、少なくとも1つの電流パルス発生装置142を有する。例えば、制御ユニット140は、以下でより詳細に説明されるように、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151を、図7及び図8に示したように、一又は複数のリード130に印加するように構成された単一の電流パルス発生装置142を含みうる。代替的に、制御ユニット140は、第1のパルス発生装置144及び第2パルス発生装置152を含みうる。第1のパルス発生装置144は第1の電流パルス146を印加するように構成されてよく、第2の電流パルス発生装置152は第2の電流パルス151を印加するように構成されてよい。
制御ユニット140が単一の電流パルス発生装置142、すなわち、第1の電流パルス発生装置144及び第2の電流パルス発生装置152を含むか否かにかかわらず、第1の電流パルス146は第1のリード132又は第2のリード134に印加されてよく、第2の電流パルス151は第1のリード132又は第2のリード134に印加されてよい。幾つかの実施例では、第1の電流パルス146は第2の電流パルス151と同じ大きさを有しうる。他の実施例では、第2の電流パルス151は第1の電流パルス146を上回る大きさを有しうる。第1の電流パルス146と第2の電流パルス151はそれぞれ、ミリアンペア(mA)オーダーの比較的小さな値を有しうる。例えば、第1の電流パルス146は約1mAであってよく、第2の電流パルス151は約1mA又は2mAであってよい。以下でより詳細に説明するように、RTDセンサ106の高い公称抵抗Rに対して、リード130の低い抵抗(例えば、20°Cで12ゲージの長さ100フィートの銅線に対して1Ω未満)を補償するためには、第2の電流パルス151はより大きいことが望ましい。例えば、RTDセンサ106は、0°Cで数百Ωのオーダー(例えば、100Ω、200Ω、500Ω、1000Ω、5000Ωなど)の公称抵抗Rを有しうる。
図7及び図8を参照すると、有利には、スイッチ160は、第1の電流パルス146にさらされるときには、開放状態162(図7)で動作可能であり、スイッチ160は、第2の電流パルス151にさらされるときには、閉鎖状態164(図8)で動作可能である。幾つかの実施例では、開放状態162にあるスイッチ160により、第1の電流パルス146はスイッチ160を迂回し、リードペア130とRTDセンサ106を通って並列に流れる。例えば、スイッチ160が開放状態162にあるときには、第1の電流パルス146は、第1のリード132、RTDセンサ106、及び第2のリード134を通って並列に流れうる。スイッチ160が閉鎖状態164にあるときには、第2の電流パルス151はスイッチ160を通ってシャントされ、RTDセンサ106を迂回し、これによって、第2の電流パルス151はスイッチ160を経由してリードペア130を通って流れる。例えば、スイッチ160が開放状態162にあるときには、第2の電流パルス151は第1のリード132、スイッチ160、及び第2のリード134を通って並列に流れ、また、第2の電流パルスはRTDセンサ106を通って流れない。
第1の抵抗と第2の抵抗との間の差分に基づいて、スイッチ160により、制御ユニット140はセンサ抵抗Rと対応するセンサ温度Tを決定することができる。第1の抵抗は、スイッチ160が開放状態162にあるときには、リード抵抗Rに結合されたセンサ抵抗Rを表わす。第2の抵抗は、スイッチ160が閉鎖状態164にあるときには、リード抵抗Rを表わす。制御ユニット140は電圧計を含んでもよく、そうでない場合には、スイッチ160が開放状態162にあるときに、第1の電流パルス146の印加中にリードペア130の両端の電圧Vを測定することによって、第1の抵抗を決定するように構成されてもよい。制御ユニット140は、スイッチ160が閉鎖状態164にあるときに、第2の電流パルス151の印加中にリードペア130の両端の電圧Vを測定することによって、第2の抵抗を決定しうる。第1の電流パルス146の大きさの既知の値、及び、スイッチ160が開放状態162にあるときに測定された電圧Vを使用すると、第1の抵抗は、V=I×Rという関係式を用いて計算されうる。同様に、第2の電流パルス151の大きさの既知の値、及び、スイッチ160が閉鎖状態164にあるときに測定された電圧Vを使用すると、第2の抵抗が計算されうる。第1の抵抗と第2の抵抗との間の差分として計算されたセンサ抵抗Rは、2線式RTD102のセンサ温度を計算するため、以下の関係式で使用できる。
=R[1+aT+bT+cT(T−100)] (方程式100)
上記式において、
=温度TでのRTDセンサ抵抗
=RTDセンサの0°Cでの公称抵抗
a、b、及びc=0°C(係数aに対して)、100°C(係数bに対して)、及び260°C(係数cに対して)でのRTDセンサ106の実験的に決定された抵抗測定値に由来しうるカレンダー・ヴァン・ドゥーセン係数
図2及び図3は、本開示の2線式RTD102の一又は複数の実施例を組み込みうる打ち上げビークルの実施例を示す。打ち上げビークル200は、ロケットエンジン212を含むエンジンセクション214を有する。加えて、打ち上げビークル200は、液体水素(LH)などの極低温燃料を収容する燃料タンク210、及び、液体酸素(LOX)などを極低温酸化剤を収容する酸化剤タンクを含む、極低温推進剤タンク206のペアを有する。推進剤タンク206はそれぞれ、流体導管216によってエンジンセクション214に流体連結されている。本開示の複数の2線式RTD102は、温度モニタリングのため、打ち上げビークル200の様々な構成要素218に装着されうる。例えば、一又は複数の2線式RTD102は、図2に示したように、極低温推進剤タンク206の各々に装着されてもよく、及び/又は、一又は複数の2線式RTD102は、図3に示したように、流体導管216に装着されてもよい。
図2では、制御ユニット140は、打ち上げビークル200の前端でペイロード202を支えるペイロード取付金具204に装着された状態で示されており、そのため、制御ユニット140とRTDセンサ106の配置の一部との間で、比較的長いリード130を生む結果となっている。これに加えて、リード130は、リード130の長さ方向の異なる場所で異なる温度にさらされることがありうる。更には、リード130は、極低温推進剤タンク206などの極低温源に近接してルート設定されている場合には、極低温にさらされうる。図4の温度対測定誤差のプロットで示したように、本書で定義されている−300F(−184°C)を下回る温度の極低温では、従来の2線式RTDの温度測定誤差は比較的大きい。有利には、本開示の2線式RTD102では、スイッチ160の追加は、リード130の抵抗と温度測定に関連する誤差を取り除く手段をもたらす。
図2及び図3は、打ち上げビークル200の極低温推進剤システム構成要素218に取り付けられたRTDセンサ106を示しているが、RTDセンサ106はまた、ロケットエンジン212の構成要素、スラスタ、冷却システム構成要素、太陽電池、ラジエータ、及び電子コンポーネントなど、その他の構成要素に取り付けられてもよい。その際、本開示のRTDセンサ106は、任意の種類のビークル、非ビークル、システム、サブシステム、アセンブリ、サブアセンブリの任意の種類の構成要素に取り付けられてよく、制限はない。例えば、一又は複数のRTDセンサ106は、燃料システムの構成要素、航空機エンジン、環境制御システム、電気システム、油圧システム、電気機械システム、航空電子工学システム、ブレーキングシステム、及び飛行制御システムなど、航空機の構成要素に取り付けられてもよい。加えて、RTDセンサ106は、流体の温度を測定又はモニタするための流体など、非固体材料に接するように装着又は配置されてもよい。
図5を参照すると、薄膜RTDセンサ108として構成されたRTDセンサ106の実施例が示されている。薄膜RTDセンサ108は、プラチナ、ニッケル、銅、鉄、又は他の材料、或いはこれらの組み合わせなどの抵抗材料で形成される薄膜抵抗層112を含む。薄膜抵抗層112は、ガラス、セラミック、或いは他の任意の非導電性材料から形成されうる非導電性基板110上の曲がりくねったパターンに堆積されてもよい。ガラス又はセラミックなどの非導電性コーティング114は、保護のため、薄膜抵抗層112の上に適用されてもよい。接続素子116は、薄膜センサ108を2線式RTD102のリードペア130に電気的に接続するための手段を提供するため、薄膜抵抗層112の各端部に連結されてもよい。
図6を参照すると、ワイヤが巻かれたRTDセンサ118として構成される、RTDセンサ106の実施例が示されている。ワイヤが巻かれたRTDセンサ118は、プラチナ、ニッケル、銅、鉄、又は他の材料、或いは材料の組み合わせで形成される抵抗コイル122を含む。一実施形態では、抵抗コイル122は、ガラス及び/又はセラミックで形成される非導電性コア120のボア(図示せず)内に取り付けられうる。代替的に又は追加的に、抵抗コイル122は、ガラス又はセラミックのシリンダとなりうる非導電性コア120の周囲に巻きつけられてもよい。ガラス及び/又はセラミックの非導電性コーティング114は、保護のため、抵抗コイル122の上に適用されてもよい。抵抗コイル122の対向端部はそれぞれ、抵抗コイル122を2線式RTD102のリードペア130に電気的に連結するための接続素子116を含みうる。
図7及び図8を参照すると、スイッチ160の一例の動作を示す2線式RTD102の実施例が示されている。極低温(例えば、−300F)にさらされた環境などのある種の応用では、2線式RTD102のスイッチ160は、好ましくは、可動部を有さない受動スイッチ174(例えば、図10〜図13)である。他の実施形態では、スイッチ160は、図7に示したように開放状態162又は開放位置170で、或いは、図8に示したように閉鎖状態164又は閉鎖位置172で、動くことができる、及び/又は枢動可能に位置決めできる可動素子168を有するマイクロメカニカルスイッチなどの能動スイッチ166(例えば、図7〜図8)として構成されうる。
図7では、制御ユニット140の電流パルス発生装置142は、第1のリード132に第1の電流パルス146を印加するように示されている。第1の電流パルス146は、第1のリード132に沿って、制御ユニット140からスイッチ160へ向かう第1の方向149に流れるように示されている。第1の電流パルス146にさらされると、スイッチ160は開放位置170へ動かされるか開放位置170に保持され、これにより、第1の電流パルス146はリードペア130とRTDセンサ106を通って流れる。リードペア130とRTDセンサ106を通る第1の電流パルス146の流れは、スイッチ160が開放状態162にあるとき、センサ抵抗Rとリード抵抗Rを組み合わせた和である第1の抵抗をもたらす。上述のように、制御ユニット140は、リード130が電流パルス発生装置142に電気的に結合される位置で、リード130の両端の電圧Vを測定することによって、回路全体の第1の抵抗を決定する。制御ユニット140は、スイッチ160が開放位置170にあって、第1の電流パルス146がリード130とRTDセンサ106を通って流れ、図7の実施例でスイッチ160を迂回するときの電圧Vを測定する。
図8は、電流パルス発生装置142が第1のリード132に第2の電流パルス151を印加し、これにより、スイッチ160は、第1の電流パルス146を上回る大きさの第2の電流パルス151にさらされる結果として、閉鎖状態164にされるか、閉鎖位置172に置かれる。第2の電流パルス151は第1のリード132に印加されてもよく、第1の方向149に沿って制御ユニット140からスイッチ160へ向かって流れてもよい。第2の電流パルス151にさらされると、スイッチ160は閉鎖位置172へ動かされるか閉鎖位置172に保持され、これにより、第2の電流パルス151はスイッチ160を経由してリード130を通って流れる。その際、第2の電流パルス151は、最小抵抗の経路、すなわち、閉鎖されたスイッチ160を通って流れる。ある実施例では、スイッチが閉鎖位置172にあるときには、第2の電流パルス151はRTDセンサ106を迂回する。スイッチ160を経由してリードペア130を通る第2の電流パルス151の流れは、リード抵抗Rとして定義される第2の抵抗をもたらす。上記に示したように、リード抵抗は第1のリード抵抗RL1と第2のリード抵抗RL2の和である。制御ユニット140は、スイッチ160が閉鎖位置172にあって、第2の電流パルス151がスイッチ160を経由してリード130を通って流れるときに、測定電圧Vを測定することによって第2の抵抗を決定する。
2線式RTD102の幾つかの実施形態では、スイッチ160は通常、開放状態162又は開放位置170へ付勢されうる。例えば、可動素子168を有するマイクロメカニカルスイッチなど、能動スイッチ166(例えば、図7〜図8)に関しては、スイッチ160は開放位置170へ付勢されうる。受動スイッチ174(図10〜図13)、スイッチ160は開放状態162へ付勢される。スイッチ160を開放位置170又は開放状態162へ付勢することによって、閉鎖状態164でのスイッチ160の動作が失敗した場合、或いは、第2の電流パルス151にさらされたときに閉鎖位置172への移動が失敗した場合でも、制御ユニット140は、センサ温度測定値の生成を継続しうる。その際、測定値がリード抵抗Rの誤差に対して補正されていなくても、制御ユニット140がセンサ温度測定値の提供を継続しうるように、スイッチ160を開放状態162又は開放位置170へ付勢することによって、第1の電流パルス146はRTDセンサ106とリード130を通って流れることができる。
本開示の2線式RTD102の任意の実施形態では、スイッチ160は好ましくは、センサ温度Tの誤差を最小化するため、第2の電流パルス151が流れるリード130の長さを最大化するための手段として、RTDセンサ106に比較的近接した範囲内に配置される。一実施例では、スイッチ160は、RTDセンサ106から、リードペア130の第1のリード132又は第2のリード134の長さの約10パーセント未満の距離に配置されうる。より好ましくは、スイッチ160は、RTDセンサ106から、リード130の長さの約1パーセント未満の距離に配置される。上記に示したように、リード130の各々は、任意選択ではあるが同じ長さであることが望ましい。例えば、リード130が同じ長さではない2線式RTD102の実施例では、スイッチ160は、最も長いリードの長さの10パーセント未満の距離の範囲内に、より好ましくは約1パーセント未満の長さの範囲内に配置されうる。幾つかの実施例では、スイッチ160は、センサアセンブリ104を形成するため、RTDセンサ106に組み込まれてもよい。その際、スイッチ160とRTDセンサ106は、2線式RTD102を形成するため、リードペア130に接続されうる単一のユニットを形成するように製造又は組み立てられうる。2線式RTD102は、温度検出システム100を形成するため、制御ユニット140に電気的に結合されうる。
図9を参照すると、パルス周期に対して、本開示の2線式RTD102を介して、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151を交互に印加する概念実証的な方法を示す実施例での抵抗をプロットしたグラフが示されている。ここに示した実施例では、第1のリード抵抗RL1、第2のリード抵抗RL2、及びセンサ抵抗Rはそれぞれ、定数値2に設定されている。第1の電流パルス146は1mAの大きさを有し、周期1秒の第1のパルス周期150で印加される。第2の電流パルス151は周期1秒の第2のパルス周期156で印加される。第2の電流パルス151は、第1の電流パルス146と同じ大きさで印加されてもよく、或いは、第2の電流パルス151は、第1の電流パルス146を上回る大きさ(例えば、2mA)など、異なる大きさで印加されてもよい。本開示では、パルス周期は、同じタイプの連続する電流パルス間の時間の量(例えば、連続する第1の電流パルス間の時間周期)として、記述されうる。図9では、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151は、スイッチ160が開放状態162と閉鎖状態164を交互に入れ換える方法で、リード130に印加される。上述のように、リード130の両端で測定された電圧Vに基づいて、制御ユニット140は、第1の電流パルス146が毎回印加されるときに、第1の測定抵抗が6Ωであると決定し、また、第2の電流パルス151が毎回印加されるときに、第2の測定抵抗が4Ωであると決定する。
図9のグラフは、第1のパルス周期150の約50パーセントとなる第1のパルス幅148を有する第1の電流パルス146を示しているが、第1のパルス幅148は第1のパルス周期150の50パーセント未満であってもよく、或いは、第1のパルス幅148は第1のパルス周期150の50パーセントを超えてもよい。同様に、第2のパルスは、第1のパルス周期150の約50パーセントとなる第2のパルス幅154を有するように示されているが、第2のパルス幅154は、第1のパルス周期150の50パーセント未満であってもよく、或いは、50パーセントを超えてもよい。幾つかの実施例では、第2のパルス幅154は、第1のパルス幅148に重ならないこともある。しかしながら、他の実施例では、第2のパルス幅154は、第1のパルス幅148の少なくとも一部と重なりうる。加えて、図9のグラフは、第1の電流パルス146に毎回印加される第2の電流パルス151を示しているが、電流パルス発生装置142(例えば、第1の電流パルス発生装置144と第2の電流パルス発生装置152)は、第1の電流パルス146を複数回印加した後に第2の電流パルス151が印加されるような方法で操作されてもよい。その際、電流パルス発生装置142又は第2の電流パルス発生装置152は、第1の電流パルス146がリード130に印加される割合を下回る割合で、第2の電流パルス151を印加してもよい。例えば、第2の電流パルス151は、第1の電流パルス146が9回ずつ印加された後に印加されてもよい。このようなアレンジメントでは、制御ユニット140は、センサ温度Tの決定に関して、第2の抵抗(例えば、リード抵抗Rのみ)の直前に決定された値を使用するように構成されうる。
図10〜図11を参照すると、スイッチ160がダイオード176を有する受動スイッチ174として構成されている、2線式RTD102の実施例が示されている。図10に示したように、ダイオード176は、第1の電流パルス146にさらされるときに、開放状態162で動作可能である。図11に示したように、ダイオード176は、第1の電流パルス146と同じ又は異なる大きさで、第1の電流パルス146に対して反対方向に流れる第2の電流パルス151にさらされるとき、閉鎖状態164で動作可能となる。ダイオード176はカソード180とアノード178を有する。図10〜図11では、カソード180は第1のリード132に連結され、アノード178は第2のリード134に連結される。このような配向では、ダイオード176は、電流パルス発生装置142によって第1のリード132に第1の方向149で印加される第1の電流パルス146にさらされるときには、開放状態162で動作可能となり、電流パルス発生装置142によって第2のリード134に、第1の方向149とは反対の第2の方向155で印加される第2の電流パルス151にさらされるときには、閉鎖状態164で動作可能となる。代替的に、ダイオード176は、カソード180が第2のリード134に連結され、アノード178が第1のリード132に連結されるように配向されてよく、この場合、第1の電流パルス146は第2のリード134に第2の方向155で印加され、その結果、ダイオード176は開放状態162で動作可能になり、また、第2の電流パルス151は第1のリード132に第1の方向149で印加され、その結果、ダイオード176は閉鎖状態164で動作可能になる。
第1の電流パルス146を第2の電流パルス151とは反対の方向に印加することを要求する2線式RTD102の実施形態では、電流パルス発生装置142は、第1の電流パルス146をリード130のうちの1つに第1の方向149で印加し、第2の電流パルス151を残りのリード130に第2の方向155で印加するように構成された双方向パルス発生装置158として提供されうる。ダイオード176として構成されたスイッチ160に関しては、第1の電流パルス146の大きさは、任意選択により、第2の電流パルス151と同じ大きさであってもよい。しかしながら、第2の電流パルス151の大きさは、第1の電流パルス146を上回ることも、下回ることもありうる。好ましくは、上述のように、RTDセンサ106の高抵抗に対してリードペア130単体の低抵抗を補償するため、第2の電流パルス151の大きさは第1の電流パルス146の大きさを上回っている。
本書に開示の任意の実施形態では、スイッチ160は、開放状態162にあるスイッチ160を通る第1の電流パルス146の漏洩を防止するように構成されうる。しかしながら、あるスイッチ構成に関しては、スイッチ160を通る第1の電流パルス146の比較的小さな漏洩が起こりうる。例えば、第1の電流パルス146の比較的小さな漏洩は、図10のダイオード176を通って、或いは図12のツェナーダイオード190、FET182、及び/又はスイッチ抵抗192を通って起こりうる。このような第1の電流パルス146の比較的小さな漏洩は、上述のように、センサ抵抗Rとリード抵抗Rとの組み合わせを示す第1の抵抗に対して、スイッチ抵抗の寄与分は比較的小さい結果となることがある。幾つかの実施例では、制御ユニット140は、第1の抵抗を決定するときには、スイッチ抵抗の寄与分を無視するように構成されうる。その際、スイッチ抵抗の大きさは、リード抵抗Rとセンサ抵抗Rを組み合わせた合計値に対して、比較的小さくなりうる。例えば、スイッチ抵抗は、リード抵抗Rとセンサ抵抗Rを組み合わせた合計値の10パーセント未満になりうる。
他の実施例では、制御ユニット140は、第1の抵抗を決定するとき、及び/又は第2の抵抗を決定するとき、スイッチ抵抗を補償するように構成されうる。例えば、制御ユニット140は、スイッチ抵抗を補償するため、第1の抵抗又は第2の抵抗を一定量(例えば、1Ω)だけ減じるようにプログラムされうる。スイッチ抵抗の値は、RTDセンサが装着される構成要素の予想される動作温度範囲の平均温度に基づいて、事前に決定されてもよい。別の実施例では、制御ユニット140は、スイッチ抵抗の値を決定するため、スイッチ抵抗に対して直前に決定されたセンサ温度の一覧表を参照するようにプログラムされうる。更には、制御ユニット140は、標準温度でのスイッチ抵抗の公称値(例えば、0°Cで1Ω)及び同じ標準温度でのRTDセンサの公称値(例えば、0°Cで500Ω)に基づいて、センサ抵抗Rの百分率としてスイッチ抵抗を決定し、直前に決定されたセンサ温度の各増減(例えば、センサ温度が1°C変化するごとの公称スイッチ抵抗の数パーセントの変化)に比例して、スイッチ抵抗を動的に増減するようにプログラムされうる。
ある実施例では、閉鎖状態(例えば、図8、図11、及び図13)にあるスイッチ160は、第2の電流パルス151がRTDセンサを通って流れるのを防止するように構成されうる。しかしながら、スイッチ160が閉鎖状態にあるときに、ある量の第2の電流パルス151が流れるスイッチ構成に関しては、上述のように、第1のリード132と第2のリード134のリード抵抗Rを示す第2の抵抗を決定するときには、制御ユニット140は、センサ抵抗Rへの寄与値を無視するように構成されうる。代替的に、制御ユニット140は、第2の抵抗を決定するときに、センサ抵抗Rを補償するように構成されてもよい。スイッチ抵抗(例えば、10Ω未満)に比べて、センサ抵抗RS(例えば、100Ω、500Ωなど)は大きな値であるため、第2の電流パルス151の比較的小さな部分がRTDセンサを通って流れ、制御ユニット140によって決定されるように、第2の抵抗に対してはセンサ抵抗Rによる寄与分は比較的小さい結果となる。
図12〜図13を参照すると、スイッチ160が電界効果トランジスタ182(FET)を含む2線式RTD102の実施例が示されている。FET182はゲート184、ドレイン186、及びソース188を有する。示した実施例では、ソース188は第1のリード132に連結されており、ドレイン186は第2のリード134に連結されている。FET182のゲート184は、ツェナーダイオード190のアノード178に接続されている。ツェナーダイオード190のカソード180は第1のリード132に連結されている。FET182のゲート184はまた、スイッチ抵抗192の一端に接続されている。スイッチ抵抗192の対向端は第2のリード134に連結されている。このようなアレンジメントでは、FET182は、第1の電流パルス146にさらされると、開放状態162で動作可能で(例えば、図12)、第1の電流パルス146を上回る大きさで、第1の電流パルス146と同じ方向に流れる第2の電流パルス151にさらされると、閉鎖状態164で動作可能である(例えば、図13)。FET182が開放状態162にあるとき、第1の電流パルス146はリードペア130とRTDセンサ106を通って流れる。FET182が閉鎖状態164にあるときには、第2の電流パルス151はリードペア130のみを通って流れる。
図14を参照すると、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151を図9に示したように切れ目なく印加する際の電力消費の増加とは対照的に、電力消費を低減する方法で第1の電流パルス146と第2の電流パルス151を連続して印加している間に、パルス周期に対して抵抗をプロットしたグラフが示されている。その際、第1の電流パルス146と第2の電流パルスは、各パルス周期のある期間内に、2線式RTD102にエネルギーが付与されないような方法で印加されうる。上述のように、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151はそれぞれ、第1の電流パルス発生装置144と第2の電流パルス発生装置152によって、リード130に印加されうる。
図14では、第1の電流パルス発生装置144は、所定の第1のパルス周期で(例えば、毎秒)リード130の1つに第1の電流パルス146を印加しうる。第1のパルス周期150の値は、モニタされる構成要素の所望の温度サンプリングレートで決定されうる。図14では、第1の電流パルス146は、第1のパルス周期150を下回る第1のパルス幅148を有する。第2の電流パルス発生装置152は、第1のパルス周期150と同程度の第2のパルス周期156で、第2の電流パルス151を印加してもよい。第2の電流パルス151は、第1のパルス周期150よりも短く、第1のパルス幅148よりも長い第2のパルス幅154を有し、第1のパルス周期150中にある期間だけRTDセンサ106に電圧が加えられることがないように、前記第1のパルス幅148の少なくとも一部と重なっている。例えば、図14では、第1のパルス幅148は第1のパルス周期150の約25パーセントで、第2のパルス幅154は第1のパルス周期150の約50パーセントである。第2のパルス幅154は、第1のパルス幅148に重なる。第2のパルス幅154が第1のパルス幅148に重なるときには、第2の電流パルス151は第1の電流パルス146に付加される。図14は、パルス周期150、156の50パーセントでは、2線式RTD102に電圧が加えられることがなく、その結果、パルス周期中に第1の電流パルス146と第2の電流パルス151との組み合わせによって、2線式RTD102に常に電圧が加えられていることを示す図9の2線式RTD102の電力消費と比較して、2線式RTD102の電力消費が低減されることを示している。
図15を参照すると、パルス周期に対して、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151を2線式RTD102に印加している間の電力消費を低減するアレンジメントの別の実施例での抵抗をプロットしたグラフが示されている。図15の実施例に関しては、第1の電流パルス発生装置144は、第1のパルス周期150でリード130の1つに(例えば、第1のリードに)第1の電流パルス146を印加してもよい。第1の電流パルス146は、第1のパルス周期150を下回る第1のパルス幅148を有しうる。第2の電流パルス発生装置152は、第1のパルス周期150の一部(例えば、2分の1)となる第2のパルス周期156で、第1のパルス周期150中に、第2のパルス幅154が第1のパルス幅148の少なくとも一部と重なり、また、RTDセンサ106に電圧が加えられることがないような方法で、第2の電流を印加してもよい。図15では、第1のパルス幅148は、周期1秒の第1のパルス周期150の約25パーセントである。第2のパルス幅154は、第1のパルス周期150の約25パーセントである。加えて、第2のパルス周期156は、第1のパルス周期150の半分である。第1のパルス周期150中に、第2のパルス幅154は第1のパルス幅148の少なくとも一部に重なり、付加される。
図16は、本開示の温度検出システム100を使用した温度測定の方法に含まれる一又は複数の操作を有するフロー図である。本方法のステップ302は、制御ユニット140の電流パルス発生装置142を使用して、第1の電流パルス146をリードペア130の1つのリード130に印加することを含む。上に示されているように、リードペア130は、センサ抵抗Rを有するRTDセンサ106に制御ユニット140を電気的に連結する。リードペア130は全体としてリード抵抗RLを有し、上述のように、スイッチ160によって互いに電気的に連結されている。
本方法のステップ304は、第1の電流パルス146にさらされるスイッチ160に応答して、開放状態162にあるスイッチ160を操作することを含む。図7は、開放状態162又は開放位置170にあるスイッチ160の実施例を示す。上に示したように、開放状態162にあるスイッチ160によって、第1の電流パルス146はリードペア130とRTDセンサ106を通って流れる。
ステップ306は、スイッチ160が開放状態162にあるときに、制御ユニット140で第1の抵抗を測定することを含む。上述のように、第1の抵抗は、スイッチ160が開放状態162にあるときに、センサ抵抗RSとリード抵抗RLの組み合わせを含み、第1の電流パルス146はRTDセンサ106とリード130を通って流れる。制御ユニット140は、第1の電流パルス146の印加中に、リード130の両端の測定電圧Vを測定する能力を含む。上に示したように、スイッチ160が開放状態162にあるとき、制御ユニット140は、測定電圧VMと第1の電流パルス146の大きさに基づいて、第1の抵抗(例えば、センサ抵抗Rとリード抵抗Rの和)を計算する。
本方法のステップ308は、電流パルス発生装置142を使用して、リードペア130の1つのリード130に第2の電流パルス151を印加することを含む。リード130の1つに第2の電流パルス151を印加するステップは、第1の電流パルス146を上回る大きさで第2の電流パルス151を印加することを含みうる。上に示したように、第1の電流パルス146を上回る大きさで第2の電流パルス151を印加することは、RTDセンサ106の抵抗よりも小さな抵抗のリード130に対して補償しうる。
幾つかの実施例では、リード130の1つに第1の電流パルス146を印加するステップは、第1の電流パルス発生装置144を使用して実行されてよく、リード130の1つに第2の電流パルス151を印加するステップは、第2の電流パルス発生装置152を使用して実行されてよい。第1の電流パルス146と第2の電流パルス151が、単一の電流パルス発生装置142によって印加されるか、第1の電流パルス発生装置144と第2の電流パルス発生装置152によってそれぞれ印加されるかにかかわらず、本方法300の幾つかの実施例は、第1の電流パルス146の第1のパルス幅148に重ならない第2のパルス幅154で、第2の電流パルス151を印加することを含みうる。
図14を手短に参照すると、第1の電流パルス146をリード130の1つに印加するステップ302は、第1の電流パルス発生装置144を使用して、第1の電流パルス146をリード130の1つに(例えば、第1のリードに)第1のパルス周期で印加することを含みうる。第1の電流パルス146は、第1のパルス周期150を下回る第1のパルス幅148で印加されうる。例えば、第1のパルス幅148は、第1のパルス周期150の50パーセントになりうる。第2の電流パルス151をリード130の1つに印加するステップ308は、第2の電流パルス発生装置152を使用して、第1のパルス周期150と同程度の第2のパルス周期156で、第2の電流パルス151を印加することを含みうる。図14に示したように、第2の電流パルス151は、第2の電流パルス151は、第1のパルス周期150よりも短く、第1のパルス幅148よりも長い第2のパルス幅154を有してもよく、また、第1のパルス周期150中にある期間だけRTDセンサ106に電圧が加えられることがないように、第1のパルス幅148の少なくとも一部と重なっていてもよい。上述のように、このようなアレンジメントは、RTDセンサ106が第1の電流パルス146と第2の電流パルス151との組み合わせによって、常に電圧が加えられている図9に示されたアレンジメントと比較して、電力消費を低減する結果となりうる。電力消費を低減する更なる実施例では、本方法は、一連の第1の電流パルス146が印加される割合を下回る割合で、第2の電流パルス151(例えば、較正パルス)を印加することを含みうる。第1の電流パルス146は好ましくは、構成要素218の温度をサンプリングするのに望ましい割合と同程度の割合で印加される。
図15を手短に参照すると、更なる実施形態では、第1の電流パルス146を印加するステップ302は、第1の電流パルス146を第1のパルス周期150で、第1の電流パルス146が第1のパルス周期150を下回る第1のパルス幅148を有する方法で印加することを含みうる。第2の電流パルス151を印加するステップ308は、第1のパルス周期150の一部(例えば、2分の1)である第2のパルス周期156で、第1のパルス周期150中に、第2のパルス幅154が第1のパルス幅148の少なくとも一部と重なり、また、第1のパルス周期150中の少なくとも一部の期間にRTDセンサ106に電圧が加えられることがないような方法で、第2の電流パルス151を印加することを含みうる。
図16を参照すると、本方法のステップ310は、第2の電流パルス151に応答して、閉鎖状態にあるスイッチ160を操作することを含み、これによって、第2の電流パルス151はリードペア130を通って流れ、RTDセンサ106を通って流れるのが回避されるように、第2の電流パルスはスイッチ160を通ってシャントされる。例えば、スイッチ160が能動スイッチ166である図7〜図8を手短に参照すると、開放状態162にあるスイッチ160を操作するステップ304は、能動スイッチ166が第1の電流パルス146にさらされるとき、開放状態162に対応する開放位置170に、能動スイッチ166の可動素子168を動かすこと(例えば、旋回運動及び/又は並進運動)を含み、また、ステップ310は、能動スイッチ166が第2の電流パルス151にさらされるとき、閉鎖状態164に対応する閉鎖位置172に、能動スイッチ166の可動素子168を動かすこと(例えば、旋回運動及び/又は並進運動)を含む。幾つかの実施例では、本方法は、第2の電流パルス151に応答して能動スイッチ166が閉鎖位置172に移動するのに失敗した場合でも、温度測定がまだ行えるように、能動スイッチ166の可動素子163を開放位置170へ付勢すること304を含みうる。
例えば、スイッチ160がダイオード176のような受動スイッチ174である図10〜図11を手短に参照すると、開放状態162にある受動スイッチ174を操作するステップ304は、第1の電流パルス146にさらされるとき、開放状態162にあるダイオード176を操作することを含み、また、ステップ310は、第1の電流パルス146と反対の方向へ流れる第2の電流パルス151にさらされるとき、閉鎖状態164にあるダイオード176を操作することを含む。図10〜図11の実施例では、第2の電流パルス151は、第1の電流パルス146と同じ大きさであっても、異なる大きさであってもよい。開放状態162にあるスイッチ160を操作するステップ304はオプションにより、第1の電流パルス146をリード130の1つ(例えば、第1のリード)に第1の方向149で印加し、また、第2の電流パルス151をリード130の残りの1つ(例えば、第2のリード)に、第1の方向149とは反対の第2の方向155で印加するため、双方向パルス発生装置158を使用することを含みうる。
例えば、スイッチ160が電界効果トランジスタ(FET)182を含む図12〜図13を手短に参照すると、開放状態162にあるスイッチ160を操作するステップ304は、第1の電流パルス146にさらされるとき、開放状態162にあるFET182を操作することを含んでもよく、また、閉鎖状態164にあるスイッチ160を操作するステップ310は、第1の電流パルス146を上回る大きさで、第1の電流パルス146と同じ方向に流れる第2の電流パルス151にさらされるとき、閉鎖状態164にあるFET182を操作することを含みうる。例えば、図12〜図13に示したように、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151はそれぞれ、第1の方向149へ流れる。代替的に、第1の電流パルス146と第2の電流パルス151はそれぞれ、第2の方向155へ流れてもよい。第1の電流パルス146と第2の電流パルス151の流れる方向は、FET182の配向に依存しうる。
図16を参照すると、本方法のステップ312は、スイッチ160が閉鎖状態164にあるとき、制御ユニット140で第2の抵抗を測定することを含む。その際、制御ユニット140は、第2の電流パルス151の印加中に、リードペア130の両端の測定電圧Vを決定する。測定電圧Vと第2の電流パルス151の大きさに基づいて、制御ユニット140は、リードペア130を通って第2の電流パルス151が流れる間の第2の抵抗(例えば、リード抵抗R)を計算する。
本方法のステップ314は、制御ユニット140を使用して、第1の抵抗と第2の抵抗との間の差分に基づいて、センサ抵抗RSと対応するセンサ温度Tを決定することを含む。上に示したように、センサ温度Tは、温度TでのRTDセンサ抵抗R、0°CでのRTDセンサ公称抵抗R、及び上述のカレンダー・ヴァン・ドゥーセン係数(a、b、及びc)に基づいて、上述の方程式100で表わされる関係を使用して決定されてもよい。センサ抵抗RSと対応するセンサ温度Tを決定するステップ314は、限定するものではないが、航空機、宇宙ビークル、又は他の様々なビークルのうちの任意の1つ、非ビークル、システム、サブシステム、アセンブリ及び/又はサブアセンブリなどの構成要素又は材料の温度を正確に決定することを含みうる。
更に、本開示は、以下の条項による実施形態を含む。
条項1. 2線式抵抗温度検出器(RTD)であって、
RTDセンサのセンサ温度の変化に応答して変化するセンサ抵抗を有する前記RTDセンサ、
第1の電流パルスと第2の電流パルスを生成するように構成された少なくとも1つのパルス発生装置を有する制御ユニットにRTDセンサを電気的に連結するリードペアであって、全体としてリード抵抗を有するリードペア、及び
前記リードペア間に電気的に連結され、前記第1の電流パルスにさらされると開放状態で動作可能となり、前記第2の電流パルスにさらされると閉鎖状態で動作可能となるスイッチであって、前記開放状態によって、前記第1の電流パルスは前記リードペアと前記RTDセンサを通って流れ、前記閉鎖状態によって、前記第2の電流パルスは前記スイッチを経由して前記リードペアを通って流れ、前記スイッチは前記制御ユニットが前記センサ抵抗と対応するセンサ温度を決定することを可能にする、スイッチ
を備える、2線式抵抗温度検出器(RTD)。
条項2. 前記第2の電流パルスは前記第1の電流パルスを上回る大きさを有する、条項1に記載の2線式RTD。
条項3. 前記スイッチは、前記開放状態に対応する開放位置と、前記閉鎖状態に対応する閉鎖位置との間で動作可能な能動スイッチである、条項1に記載の2線式RTD。
条項4. 前記スイッチは前記開放位置へ付勢される、条項3に記載の2線式RTD。
条項5. 前記スイッチは、
前記第1の電流パルスにさらされるときには、前記開放状態で、
前記第1の電流パルスに対して反対の方向に流れる前記第2の電流パルスにさらされるときには、前記閉鎖状態で
動作可能なダイオードを備える、条項1に記載の2線式RTD。
条項6. 前記スイッチは、
前記第1の電流パルスにさらされるときには、前記開放状態で、
前記第1の電流パルスを上回る大きさで、前記第1の電流パルスと同じ方向に流れる前記第2の電流パルスにさらされるときには、前記閉鎖状態で
動作可能な電界効果トランジスタを備える、条項1に記載の2線式RTD。
条項7. 前記スイッチは、前記RTDセンサから、ペアのいずれか一方のリードの約10パーセント未満の距離の範囲内に配置される、条項1に記載の2線式RTD。
条項8. RTDセンサは薄膜RTDセンサ及びワイヤが巻かれたRTDセンサのうちの1つとして構成される、条項1に記載の2線式RTD。
条項9. 第1の電流パルスと第2の電流パルスを生成するように構成された少なくとも1つのパルス発生装置を有する制御ユニット、
センサ温度の変化に応答して変化するセンサ抵抗を有するRTDセンサと、
前記制御ユニットに前記RTDセンサを電気的に結合するリードペアであって、全体としてリード抵抗を有するリードペアと、
前記リードペア間に電気的に連結され、前記第1の電流パルスにさらされるときには開放状態で動作可能となり、前記第2の電流パルスにさらされるときには閉鎖状態で動作可能となるスイッチであって、前記開放状態によって、前記第1の電流パルスは前記リードペアと前記RTDセンサを通って流れ、前記閉鎖状態によって、前記第2の電流パルスは前記スイッチを経由して前記リードペアを通って流れるスイッチと
を含む2線式抵抗温度検出器、
を備える温度検出システムであって、
前記制御ユニットは、
前記スイッチが前記開放状態にあるときに、前記リード抵抗と結合される前記センサ抵抗と
前記スイッチが前記閉鎖状態にあるときの前記リード抵抗
との間の差分に基づいて、前記センサ抵抗と対応するセンサ温度を決定するように構成される、温度検出システム。
条項10. 前記少なくとも1つのパルス発生装置は、前記第1の電流パルスを上回る大きさの前記第2の電流パルスを生成するように構成される、条項9に記載の温度検出システム。
条項11. 前記少なくとも1つのパルス発生装置は、前記リードのうちの1つに前記第1の電流パルスを第1の方向で印加し、前記リードのうちの残りの1つに前記第2の電流パルスを第2の方向で印加するように構成された双方向パルス発生装置である、条項9に記載の温度検出システム。
条項12. 前記少なくとも1つのパルス発生装置は、
前記第1の電流パルスを生成するように構成される第1のパルス発生装置と、
前記第2の電流パルスを生成するように構成される第2のパルス発生装置と
を含む、条項9に記載の温度検出システム。
条項13. 前記第1のパルス発生装置は、前記リードのうちの1つに、第1のパルス周期で、前記第1のパルス周期を下回る第1のパルス幅を有する前記第1の電流パルスを印加するように構成されており、
前記第2のパルス発生装置は、前記リードのうちの1つに、前記第1のパルス周期と同程度の第2のパルス周期で、前記第2の電流パルスを印加するように構成されており、また、
前記第2の電流パルスは、前記第1のパルス周期よりも短く、前記第1のパルス幅よりも長い第2のパルス幅を有し、第1のパルス周期中にある期間だけ前記RTDセンサに電圧が加えられることがないように、前記第1のパルス幅の少なくとも一部と重なっている、条項12に記載の温度検出システム。
条項14. 前記第1の電流パルス発生装置は、前記リードのうちの1つに、第1のパルス周期で、前記第1のパルス周期を下回る第1のパルス幅を有する前記第1の電流パルスを印加するように構成されており、
前記第2のパルス発生装置は、前記リードのうちの1つに、前記第1のパルス周期の一部となる第2のパルス周期で、前記第1のパルス周期の各々の間に、第2のパルス幅が第1のパルス幅の少なくとも一部と重なり、また、前記RTDセンサに電圧が加えられることがないような方法で、前記第2の電流パルスを印加するように構成されている、条項12に記載の温度検出システム。
条項15. 制御ユニットのパルス発生装置を使用して、センサ抵抗を有するRTDセンサに前記制御ユニットを電気的に連結するリードペアであって、全体としてリード抵抗を有し、スイッチによって電気的に連結されているリードペアの1つのリードに、第1の電流パルスを印加すること、
前記第1の電流パルスに応答して、前記第1の電流パルスが前記リードペアと前記RTDセンサを通って流れるようにする開放状態で前記スイッチを操作すること、
前記スイッチが前記開放状態にあるときの前記センサ抵抗と前記リード抵抗の組み合わせを含む第1の抵抗を、前記スイッチが前記開放状態にあるときに測定すること、
前記パルス発生装置を使用して、前記リードペアの1つのリードに第2の電流パルスを印加すること、
前記第2の電流パルスに応答して、前記第2の電流パルスが前記スイッチを経由して前記リードペアを通って流れるようにする閉鎖状態で前記スイッチを操作すること、
前記スイッチが前記閉鎖状態にあるとき、前記リード抵抗を含む第2の抵抗を測定すること、及び
前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との間の差分に基づいて、前記センサ抵抗と対応するセンサ温度を決定すること
を含む、温度測定の方法。
条項16. 前記第2の電流パルスを印加するステップは、
前記第1の電流パルスを上回る大きさの前記第2の電流パルスを印加することを含む、条項15に記載の方法。
条項17. 前記開放状態にある前記スイッチを操作するステップと、前記閉鎖状態にある前記スイッチを操作するステップはそれぞれ、
双方向パルス発生装置を使用して、前記リードのうちの1つに前記第1の電流パルスを第1の方向で印加すること、及び
前記双方向パルス発生装置を使用して、前記リードのうちの残りの1つに前記第2の電流パルスを第2の方向で印加すること
を含む、条項15に記載の方法。
条項18. リードに前記第1の電流パルスを印加するステップと、リードに前記第2の電流パルスを印加するステップはそれぞれ、
第1のパルス発生装置を使用して、リードに前記第1の電流パルスを印加すること、及び
第2のパルス発生装置を使用して、リードに前記第2の電流パルスを印加すること
を含む、条項15に記載の方法。
条項19. 前記ペアの1つのリードに前記第1の電流パルスを印加するステップと、前記ペアの1つのリードに前記第2の電流パルスを印加するステップは、
前記第1の電流パルス発生装置を使用して、前記リードのうちの1つに、第1のパルス周期で、前記第1のパルス周期を下回る第1のパルス幅を有する前記第1の電流パルスを印加すること、
前記第2の電流パルス発生装置を使用して、前記リードのうちの1つに、前記第1のパルス周期と同程度の第2のパルス周期で前記第2の電流パルスを印加することを含み、
前記第2の電流パルスは、前記第1のパルス周期よりも短く、前記第1のパルス幅よりも長い第2のパルス幅を有し、第1のパルス周期中にある期間だけRTDセンサに電圧が加えられることがないように、前記第1のパルス幅の少なくとも一部と重なっている、条項18に記載の方法。
条項20. 前記ペアの1つのリードに前記第1の電流パルスを印加するステップと、前記ペアの1つのリードに前記第2の電流パルスを印加するステップは、
前記第1の電流パルス発生装置を使用して、前記リードのうちの1つに、第1のパルス周期で、前記第1のパルス周期を下回る第1のパルス幅を有する前記第1の電流パルスを印加すること、及び
前記第2の電流パルス発生装置を使用して、前記リードのうちの1つに、第1のパルス周期の一部となる第2のパルス周期で、前記第1のパルス周期の各々の間に、第2のパルス幅が第1のパルス幅の少なくとも一部と重なり、また、前記RTDセンサに電圧が加えられることがないような方法で、前記第2の電流パルスを印加すること
を含む、条項18に記載の方法。
前述の説明及び関連図面に提示した教示内容の利点を有する、この開示に関連する技術分野の当業者には、本開示の多数の変形例及びその他の例が想起されよう。本書に記載の構成は、例示のためのものであり、限定的であることも、網羅的であることも意図されていない。本書では特定の用語が用いられているが、それらは、一般的かつ説明的な意味にのみ使用されており、限定を目的とするものではない。

Claims (10)

  1. 2線式抵抗温度検出器(RTD)(102)であって、
    RTDセンサ(106)のセンサ温度(T)の変化に応答して変化するセンサ抵抗(R)を有する前記RTDセンサ(106)、
    第1の電流パルス(146)と第2の電流パルス(151)を生成するように構成された少なくとも1つのパルス発生装置(142)を有する制御ユニット(140)にRTDセンサ(106)を電気的に連結するリードペア(130)であって、全体としてリード抵抗(R)を有するリードペア(130)、及び
    前記リードペア(130)間に電気的に連結され、前記第1の電流パルス(146)にさらされると開放状態(162)で動作可能となり、前記第2の電流パルス(151)にさらされると閉鎖状態(164)で動作可能となるスイッチ(160)であって、前記開放状態(162)によって、前記第1の電流パルス(146)は前記リードペア(130)と前記RTDセンサ(106)を通って流れ、前記閉鎖状態(164)によって、前記第2の電流パルス(151)は前記スイッチ(160)を経由して前記リードペア(130)を通って流れ、前記スイッチ(160)は前記制御ユニット(140)が前記センサ抵抗(R)及び対応するセンサ温度(T)を決定することを可能にする、スイッチ(160)
    を備える、2線式抵抗温度検出器(RTD)(102)。
  2. 前記第2の電流パルス(151)は前記第1の電流パルス(146)を上回る大きさを有する、請求項1に記載の2線式RTD(102)。
  3. 前記スイッチ(160)は、前記開放状態(162)に対応する開放位置(170)と、前記閉鎖状態(164)に対応する閉鎖位置(172)との間で動作可能な能動スイッチ(166)で、前記スイッチ(160)は前記開放位置(170)へ付勢される、請求項1又は2に記載の2線式RTD(102)。
  4. 前記スイッチ(160)は、
    前記第1の電流パルス(146)にさらされるときには、前記開放状態(162)で、
    前記第1の電流パルス(146)に対して反対の方向に流れる前記第2の電流パルス(151)にさらされるときには、前記閉鎖状態(164)で
    動作可能なダイオード(176)を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の2線式RTD(102)。
  5. 前記スイッチ(160)は、
    前記第1の電流パルス(146)にさらされるときには、前記開放状態(162)で、
    前記第1の電流パルス(146)を上回る大きさで、前記第1の電流パルス(146)と同じ方向に流れる前記第2の電流パルス(151)にさらされるときには、前記閉鎖状態(164)で
    動作可能な電界効果トランジスタ(182)を備える、請求項1から4のいずれか一項に記載の2線式RTD(102)。
  6. 前記スイッチ(160)は、前記RTDセンサ(106)から、前記リードペア(130)のいずれか一方のリード132/134の約10パーセント未満の距離の範囲内に配置される、請求項1から5のいずれか一項に記載の2線式RTD(102)。
  7. 制御ユニット(140)のパルス発生装置(142)を使用して、センサ抵抗(R)を有するRTDセンサ(106)に前記制御ユニット(140)を電気的に連結するリードペア(130)であって、全体としてリード抵抗(R)を有し、スイッチ(160)によって電気的に連結されているリードペア(130)の1つのリードに、第1の電流パルス(146)を印加すること、
    前記第1の電流パルス(146)に応答して、前記第1の電流パルス(146)が前記リードペア(130)と前記RTDセンサ(106)を通って流れるようにする開放状態(162)で前記スイッチ(160)を操作すること、
    前記スイッチ(160)が前記開放状態(162)にあるときの前記センサ抵抗(R)と前記リード抵抗(R)の組み合わせを含む第1の抵抗を、前記スイッチ(160)が前記開放状態(162)にあるときに測定すること、
    前記パルス発生装置(142)を使用して、前記リードペア(130)の1つのリードに、前記第1の電流パルス(146)を上回る大きさの第2の電流パルス(151)を印加すること、
    前記第2の電流パルス(151)に応答して、前記第2の電流パルス(151)が前記スイッチ(160)を経由して前記リードペア(130)を通って流れるようにする閉鎖状態(164)で前記スイッチ(160)を操作すること、
    前記スイッチ(160)が前記閉鎖状態(164)にあるとき、前記リード抵抗(R)を含む第2の抵抗を測定すること、及び
    前記第1の抵抗と前記第2の抵抗との間の差分に基づいて、前記センサ抵抗(R)と対応するセンサ温度(T)を決定すること
    を含む、温度測定の方法。
  8. 前記開放状態(162)にある前記スイッチ(160)を操作するステップと、前記閉鎖状態(164)にある前記スイッチ(160)を操作するステップはそれぞれ、
    双方向パルス発生装置(158)を使用して、前記リード132/134のうちの1つに前記第1の電流パルス(146)を第1の方向で印加すること、及び
    前記双方向パルス発生装置(158)を使用して、前記リード132/134のうちの残りの1つに前記第2の電流パルス(151)を第2の方向で印加すること
    を含む、請求項7に記載の方法。
  9. 前記ペアの1つのリードに前記第1の電流パルス(146)を印加するステップと、前記ペアの1つのリードに前記第2の電流パルス(151)を印加するステップは、
    前記第1の電流パルス発生装置(122)を使用して、前記リード132/134のうちの1つに、第1のパルス周期で、前記第1のパルス周期を下回る第1のパルス幅を有する前記第1の電流パルス(146)を印加すること、
    前記第2の電流パルス発生装置(152)を使用して、前記リード132/134のうちの1つに、前記第1のパルス周期と同程度の第2のパルス周期で前記第2の電流パルス(151)を印加することを含み、
    前記第2の電流パルス(151)は、前記第1のパルス周期よりも短く、前記第1のパルス幅よりも長い第2のパルス幅を有し、第1のパルス周期中のある期間だけ前記RTDセンサ(106)に電圧が加えられることがないように、前記第1のパルス幅の少なくとも一部と重なっている、請求項7又は8に記載の方法。
  10. 前記ペアの1つのリードに前記第1の電流パルス(146)を印加するステップと、前記ペアの1つのリードに前記第2の電流パルス(151)を印加するステップは、
    前記第1の電流パルス発生装置(144)を使用して、前記リード132/134のうちの1つに、第1のパルス周期で、前記第1のパルス周期を下回る第1のパルス幅を有する前記第1の電流パルス(146)を印加すること、及び
    前記第2の電流パルス発生装置(152)を使用して、前記リード132/134のうちの1つに、第1のパルス周期の一部となる第2のパルス周期で、前記第1のパルス周期の各々の間に、第2のパルス幅が第1のパルス幅の少なくとも一部と重なり、また、前記RTDセンサ(106)に電圧が加えられることがないような方法で、前記第2の電流パルス(151)を印加すること
    を含む、請求項7から9のいずれか一項に記載の方法。
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