JP2019027848A - 温度測定回路 - Google Patents

Abstract

【課題】定電流の変動に起因する検出温度誤差を低減する。
【解決手段】定電流源ＩＳ１の出力端と端子Ｔ１との間に基準電圧回路１１を接続して、電流値ｉ１に応じて電圧が変化する基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、ＡＤ変換器１２が、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて第１の端子Ｔ１と第２の端子Ｔ２の間に生じる差分電圧Ｖ１をＡＤ変換する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、測温抵抗体を用いた３線式の温度測定技術に関する。

図８は、従来の測温抵抗体を用いた３線式の温度測定回路を示すブロック図である。一般に、測温抵抗体Ｒｔを用いた３線式の温度測定回路５０では、図８に示すように、２つの定電流源ＩＳ１，ＩＳ２から、電流値が等しい定電流Ｉ１，Ｉ２を温度センサＳにそれぞれ供給し、測温抵抗体Ｒｔの両端に生じた差分電圧Ｖ１＝Ｖａ−ＶｂをＡＤ変換器５１でＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ１に基づいて、演算処理部（ＣＰＵ）５２により測温抵抗体Ｒｔの検出温度Ｔを算出するものとなっている。

ここで、温度測定回路５０と温度センサＳとを接続する配線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配線抵抗値をｒ１，ｒ２，ｒ３とし、測温抵抗体Ｒｔの抵抗値をｒｔとし、Ｌ３と接地電位ＧＮＤとの間に接続されている基準抵抗素子Ｒｒｅｆの抵抗値をｒｒｅｆとした場合、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、次の式（１）で求められる。

ここで、Ｖａ，Ｖｂの式に含まれるｒ３をキャンセルするため、差分電圧Ｖ１＝Ｖａ−Ｖｂを計算し、これにｉ１＝ｉ２およびｒ１＝ｒ２＝ｒ３を当てはめると、ｉ１は既知であることから、次の式（２）に基づいてｒｔが求められる。これにより、得られたｒｔの抵抗値から、公知の温度計算手法に基づいて、測温抵抗体Ｒｔの検出温度Ｔが求められる。

特開２００８−１９１１３１号公報

しかしながら、このような従来技術では、配線Ｌ３と接地電位ＧＮＤとの間に接続した基準抵抗素子Ｒｒｅｆの両端電圧を、ＡＤ変換器５１でのＡＤ変換に用いる基準電圧Ｖｒｅｆとして用いている。このため、電流値ｉ１，ｉ２の変動に応じて、ＡＤ変換器５１から得られるＡＤ変換結果に誤差が生じ、検出温度Ｔの誤差となって現れるという問題点があった。

すなわち、ＡＤ変換器５１でのＡＤ変換は、基準電圧Ｖｒｅｆを最大計測レンジ１００％とし、Ｖｒｅｆに対する差分電圧Ｖの比率％をデジタル値に変換している。したがって、Ｖ１が一定であってもＶｒｅｆが変化すれば、得られる変換結果も変化する。
一方、温度センサＳに供給される定電流Ｉ１，Ｉ２は直流の一定電流ではあるが、その電流値ｉ１，ｉ２はわずかに変動するため、Ｖ１およびＶｒｅｆも変化する。

図８の回路構成では、測温抵抗体Ｒｔには定電流Ｉ１のみが供給されているが、基準抵抗素子Ｒｒｅｆには定電流Ｉ１，Ｉ２の両方が供給されている。したがって、差分電圧Ｖ１は電流値ｉ１の影響を受けるが、基準電圧Ｖｒｅｆは電流値ｉ１，ｉ２の両方の影響を受けることになる。このため、差分電圧Ｖ１に比較して基準電圧Ｖｒｅｆが変動しやすくなるとともに、ｉ１の変動が差分電圧Ｖ１と基準電圧Ｖｒｅｆとでアンバランスとなり、結果として、ＡＤ変換器５１から得られる変換結果に誤差が生じやすくなる。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、定電流の変動に起因する検出温度誤差を低減できる温度測定技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる温度測定回路は、測温抵抗体と、前記測温抵抗体の一端に接続された第１の配線と、前記測温抵抗体の他端に接続された第２および第３の配線とを有する、３線式の温度センサを用いて、前記測温抵抗体の検出温度を測定する温度測定回路であって、前記第１の配線が接続される第１の端子に対して第１の定電流を供給する第１の定電流源と、前記第２の配線が接続される第２の端子に対して第２の定電流を供給する第２の定電流源と、前記第３の配線が接続される第３の端子を接地電位に終端接続する終端回路と、前記第１の定電流源の出力端と前記第１の端子との間に接続されて、前記第１の定電流の電流値に応じて電圧値が変化する基準電圧を生成する基準電圧回路と、前記基準電圧に基づいて前記第１の端子と前記第２の端子の間に生じる第１の差分電圧をＡＤ変換するＡＤ変換器と、前記ＡＤ変換器から出力された前記第１の差分電圧の変換結果に基づいて、前記測温抵抗体の検出温度を算出する演算処理部とを備えている。

また、本発明にかかる上記温度測定回路の一構成例は、前記第２の定電流源の出力端と前記第２の端子との間に接続された電流検出抵抗素子をさらに備え、前記ＡＤ変換器は、前記第１の差分電圧に加え、前記電流検出抵抗素子の両端の第２の差分電圧、前記第２の端子と前記第３の端子の間に生じる第３の差分電圧、および前記基準電圧をＡＤ変換し、前記演算処理部は、前記ＡＤ変換器から出力された変換結果のうち、前記基準電圧および前記第２の差分電圧の変換結果に基づいて前記第１の定電流および前記第２の定電流の電流値をそれぞれ求め、これら電流値と前記第３の差分電圧の変換結果とに基づいて前記第１、第２、および第３の配線に共通する配線抵抗値を求め、前記電流値、前記配線抵抗値、および前記第１の差分電圧の変換結果に基づいて、前記測温抵抗体の検出温度を算出するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記温度測定回路の一構成例は、前記基準電圧回路が、前記第１の定電流源の出力端と前記第１の端子との間に接続された基準抵抗素子を有し、前記第１の定電流に基づき前記基準抵抗素子の両端に生じた電圧を前記基準電圧として出力するようにしたものである。

また、本発明にかかる上記温度測定回路の一構成例は、前記基準電圧回路が、前記第１の定電流源の出力端と前記第１の端子との間に、網状接続された複数の抵抗素子からなる抵抗回路網と、前記抵抗素子を切替接続するスイッチとを有し、前記スイッチの切替動作に応じて前記第１の定電流に基づき前記抵抗回路網で生じた電圧を前記基準電圧として出力するようにしたものである。

本発明によれば、基準電圧は電流値の影響を受けなくなるため、基準電圧の変動が低減される。また、差分電圧と基準電圧とは、第１の定電流の変動の影響を等しく受けることになる。このため、従来回路と比較して、ＡＤ変換器から得られる変換結果に含まれる誤差が抑制されることになる。したがって、第１および第２の定電流の変動に起因する検出温度誤差を低減することが可能となる。

第１の実施の形態にかかる温度測定回路の構成を示すブロック図である。 第１の実施の形態にかかるＡＤ変換過程を示す説明図である。 第１の実施の形態にかかるＡＤ変換特性を示す説明図である。 定電流変動と温度誤差との関係を示す計算例である。 第２の実施の形態にかかる温度測定回路を示すブロック図である。 第３の実施の形態にかかる温度測定回路を示すブロック図である。 第３の実施の形態にかかるＡＤ変換特性を示す説明図である。 従来の測温抵抗体を用いた３線式の温度測定回路を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる温度測定回路１０について説明する。図１は、第１の実施の形態にかかる温度測定回路の構成を示すブロック図である。
この温度測定回路１０は、温度測定装置のほか積算熱量計などのフィールド機器で用いられて、３線式の温度センサＳを用いて測温抵抗体Ｒｔで検出された検出温度Ｔを測定する回路である。

温度センサＳは、一般的な３線式の温度センサであり、白金などの金属や金属酸化物からなる測温抵抗体Ｒｔと、このＲｔの一端に接続された配線Ｌ１と、Ｒｔの他端に接続された配線Ｌ２，Ｌ３とを有している。測温抵抗体Ｒｔの測温抵抗値ｒｔは温度の変化により、一定の割合で変化する。このため、Ｒｔに一定の電流を流して両端の電圧を測定し、公知の温度計算手法に基づいて得られた測温抵抗値ｒｔに対応する検出温度Ｔを導出することができる。Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、単位長あたりの抵抗値が等しい導線からなり、配線長が等しいため、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配線抵抗値ｒ１，ｒ２，ｒ３も等しいものと見なすことができる。

［温度測定回路］
次に、図１を参照して、温度測定回路１０の構成について詳細に説明する。
温度測定回路１０は、主な回路部として、定電流源（第１の定電流源）ＩＳ１、定電流源（第２の定電流源）ＩＳ２、基準電圧回路１１、ＡＤ変換器１２、演算処理部１３、および終端回路１４を備えている。

定電流源ＩＳ１は、電流値（第１の電流値）ｉ１からなる定電流（第１の定電流）Ｉ１を供給する定電流回路である。Ｉ１は、直流の一定電流からなり、ＩＳ１から基準電圧回路１１、端子（第１の端子）Ｔ１、および配線（第１の配線）Ｌ１を介して、測温抵抗体Ｒｔの一端へ供給される。
定電流源ＩＳ２は、ｉ１と等しい電流値（第２の電流値）ｉ２からなる定電流（第２の定電流）Ｉ２を供給する定電流回路である。Ｉ２は、直流の一定電流からなり、ＩＳ２から抵抗素子Ｒｄ、端子（第２の端子）Ｔ２、および配線（第２の配線）Ｌ２を介して、測温抵抗体Ｒｔの他端へ供給される。

基準電圧回路１１は、ＩＳ１の出力端とＴ１との間に接続されて、Ｉ１の電流値ｉ１に応じて電圧が変化する基準電圧Ｖｒｅｆを生成して出力する回路部である。本実施の形態において、基準電圧回路１１は、ＩＳ１の出力端とＴ１との間に接続された基準抵抗素子Ｒｒｅｆから構成されている。Ｒｒｅｆの抵抗値をｒｒｅｆとした場合、基準電圧はＶｒｅｆ＝Ｉ１×Ｒｒｅｆとなる。

ＡＤ変換器１２は、基準電圧回路１１からのＶｒｅｆを基準電圧入力端子ＲＥＦＰ，ＲＥＦＮから取り込むとともに、Ｔ１の電圧ＶａとＴ２の電圧Ｖｂとをアナログ入力端子ＡＩＮ１，ＡＩＮ２から取り込んで、その電圧差すなわちＴ１とＴ２の間に生じた差分電圧（第１の差分電圧）Ｖ１を、基準電圧はＶｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ１を出力端子ＤＯＵＴから出力する回路である。

演算処理部１３は、ＣＰＵとプログラムとが協働する演算処理回路からなり、ＡＤ変換器１２から出力された変換結果Ｄｖ１に基づいて電圧Ｖ１を算出し、得られたＶ１と既知のｉ１とから測温抵抗体Ｒｔの測温抵抗値ｒｔを求め、得られたｒｔに基づいて測温抵抗体Ｒｔで検出された検出温度Ｔを算出して出力する機能を有している。

終端回路１４は、端子（第３の端子）Ｔ３と接地電位ＧＮＤとの間に接続されて、測温抵抗体Ｒｔの他端から配線（第３の配線）Ｌ３を介してＴ３に戻ってきた定電流Ｉ１，Ｉ２を、ＧＮＤへ終端接続する回路である。本実施の形態において、終端回路１４は、Ｔ３とＧＮＤとの間に接続された、抵抗値ｒｅを有する終端抵抗素子Ｒｅから構成されている。Ｒｅは０Ωであってもよい。

［第１の実施の形態の動作］
次に、本実施の形態にかかる温度測定回路１０の動作について説明する。
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる温度測定回路１０における、測温抵抗体Ｒｔの測温抵抗値ｒｔの算出過程について説明する。

端子Ｔ１の電圧Ｖａは、Ｌ１，Ｒｔ、Ｌ３、および終端回路１４で生じた電圧の総和で求められる。また、端子Ｔ２の電圧Ｖｂは、Ｌ２，Ｌ３、および終端回路１４で生じた電圧の総和で求められる。また、端子Ｔ３の電圧Ｖｃは、終端回路１４で生じた電圧である。したがって、定電流Ｉ１，Ｉ２の電流値をｉ１，ｉ２とし、Ｒｔの抵抗値をｒｔとし、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配線抵抗値をｒ１，ｒ２，ｒ３とし、終端回路１４の抵抗値をＲｅとした場合、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、次の式（３）で表される。

また、Ｔ１とＴ２の間に生じた差分電圧Ｖ１は、Ｖａ−Ｖｂで求められる。したがって、ｉ１＝ｉ２であり、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３とすると、Ｖ１は、式（３）に基づいて次の式（４）で表される。

一方、ＡＤ変換器１２において、入力レンジ幅をＮ段階で量子化する場合、Ｖ１の変換結果Ｄｖ１は、次の式（５）で表される。この際、Ｒｒｅｆにはｉ１しか流れないので、基準電圧回路１１で生成される、ｉ１に応じて電圧が変化するＶｅｒｆは、次の式（６）で表される。

したがって、Ｎ段階の入力レンジ最大値Ｎ−１に相当する最大電圧をＶｎとした場合、演算処理部１３は、入力されたＤｖ１に基づいて、次の式（７）によりＶ１を算出することができる。さらに、ｉ１が既知であることから、演算処理部１３は、次の式（８）によりｒｔを算出することができる。

本実施の形態にかかる温度測定回路１０では、このような測温抵抗値ｒｔの算出過程に基づいて、ＡＤ変換器１２が、基準電圧回路１１からのＶｒｅｆを基準電圧入力端子ＲＥＦＰ，ＲＥＦＮから取り込むとともに、Ｔ１の電圧ＶａとＴ２の電圧Ｖｂとをアナログ入力端子ＡＩＮ１，ＡＩＮ２から取り込んで、その電圧差すなわちＴ１とＴ２の間に生じた差分電圧Ｖ１を、基準電圧はＶｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ１を出力端子ＤＯＵＴから出力する。

演算処理部１３は、ＡＤ変換器１２から出力された変換結果Ｄｖ１と入力レンジ幅の段階数Ｎとに基づいて、式（７）から電圧Ｖ１を算出し、得られたＶ１と既知のｉ１とに基づいて、式（８）から測温抵抗値ｒｔを求め、公知の温度計算手法に基づいてｒｔから測温抵抗体Ｒｔの検出温度Ｔを算出して出力する。

次に、図２を参照して、定電流Ｉ１の電流値ｉ１がｉ１’に変動した場合について説明する。図２は、第１の実施の形態にかかるＡＤ変換過程を示す説明図であり、図２（ａ）はｉ１の変動がない場合、図２（ｂ）はｉ１がｉ１’に低減した場合を示している。

図１で示したように、本実施の形態では、基準電圧ＶｒｅｆがＩＳ１とＴ１との間に接続された基準電圧回路１１で、定電流Ｉ１に基づき生成される。すなわち、基準抵抗素子Ｒｒｅｆには、測温抵抗体Ｒｔと同様に、定電流Ｉ１のみが供給されている。
したがって、Ｖｒｅｆは電流値ｉ２の影響を受けなくなり、図８に示した従来回路と比較して、基準電圧Ｖｒｅｆの変動が低減される。また、差分電圧Ｖ１とＶｒｅｆとは、電流値ｉ１の影響を等しく受けることになる。このため、従来回路と比較して、ＡＤ変換器１２から得られる変換結果に含まれる誤差が抑制されることになる。

具体的には、図２（ａ）に示すようにｉ１の変動がない場合、Ｖｒｅｆ＝ｒｒｅｆ×ｉ１となる。また、Ｖ１＝Ｖａ−Ｖｂであるため、入力レンジ幅をＮ段階で量子化する場合、式（５）に基づいて、Ｄｖ１＝Ｖ１／Ｖｒｅｆ×Ｎとなる。
一方、図２（ｂ）に示すように、ｉ１がｉ１’に低減した場合、ｉ２に変動がない場合、Ｖａのみが影響を受けることになり、Ｖ１’＝Ｖａ’−Ｖｂとなる。この際、Ｖｒｅｆもｉ１’の影響でＶｒｅｆ’＝ｒｒｅｆ×ｉ１’となり、Ｄｖ１’＝Ｖ１’／Ｖｒｅｆ’×Ｎとなる。

これにより、ｉ１の低減に応じてＶ１がＶ１’に低減するが、Ｖｒｅｆもｉ１低減の影響を等しく受けてＶｒｅｆ’に低減するため、ｉ１の低減によるＤｖ１への影響が緩和されることになる。
一方、図８の従来回路によれば、本実施の形態と同様にＶ１’＝Ｖａ’−Ｖｂであるが、Ｖｒｅｆ’＝ｒｒｅｆ×（ｉ１’＋ｉ２）であることから、Ｖｒｅｆに対するｉ１低減の影響がほぼ半減することになり、ｉ１の低減によるＤｖ１への影響の緩和の程度が、本実施の形態より小さい。

図３は、第１の実施の形態にかかるＡＤ変換特性を示す説明図である。ここでは、横軸が電圧を示し、縦軸が変換結果を示している。
図３において、特性３０は、本実施の形態にかかるｉ１低減前におけるＡＤ変換特性である。ここでは、従来回路の基準抵抗値ｒｒｅｆ’が本実施の形態にかかる基準抵抗値ｒｒｅｆの１／２に相当し、実際には従来技術の基準電圧Ｖｒｅｆが本実施の形態にかかる基準電圧Ｖｒｅｆと等しいものとする。したがって、特性３０は従来回路のＡＤ変換特性でもある。

特性３１は、本実施の形態にかかるｉ１低減後におけるＡＤ変換特性である。ｉ１がｉ１’に低減したため、Ｖｒｅｆ＝ｒｒｅｆ×ｉ１がＶｒｅｆ’＝ｒｒｅｆ×ｉ１’に低減し、このＶｒｅｆ’がＮ段階の入力レンジ最大値Ｎ−１に割り当てられることになる。一方、Ｖ１もＶ１’＝Ｖ１ａ’−Ｖｂに低減するため、ＡＤ変換により得られるＤｖ１は、Ｄｖ１’＝Ｖ’／Ｖｒｅｆ’×Ｎまで低減する。

特性３２は、従来回路にかかるｉ１低減後におけるＡＤ変換特性である。ｉ１がｉ１’に低減したため、ＶｒｅｆがＶｒｅｆ”＝ｒｒｅｆ×（ｉ１’＋ｉ２）に低減し、このＶｒｅｆ”が入力レンジ最大値Ｎ−１に割り当てられることになる。一方、Ｖ１もＶ１’に低減するため、ＡＤ変換により得られるＤｖ１は、Ｄｖ１”＝Ｖ１’／Ｖｒｅｆ”×Ｎまで低減する。
ここで、Ｖｒｅｆ’＜Ｖｒｅｆ”であるため、同一値Ｖ１’をＡＤ変換して得られる変換結果は、Ｄｖ１’＞Ｄｖ１”となる。したがって、本実施の形態にかかるＤｖ１とＤｖ１’の差、すなわちＡＤ変換誤差Ｄｖ１−Ｄｖ１’は、従来回路のＤｖ１−Ｄｖ１”に比較して低減されていることが分かる。

図４は、定電流変動と温度誤差との関係を示す計算例である。
本実施の形態にかかる温度測定回路１０において、定電流Ｉ１，Ｉ２が変動した場合、得られる検出温度Ｔに、図４のような温度誤差が生じる。
例えば、ｉ１＝ｉ２＝１ｍＡ、ｒｔ＝５００Ω、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝１０Ω、ｒｒｅｆ＝１０００Ωである場合を想定し、ｉ１が１％低減した場合には−０．２５９７℃の温度誤差が生じ、ｉ１が１％増加した場合には＋０．２５９７℃の温度誤差が生じる。また、ｉ２が１％低減した場合には−０．２６２３℃の温度誤差が生じ、ｉ２が１％増加した場合には＋０．２６２３℃の温度誤差が生じる。

一方、図８の従来回路において、例えば、ｉ１＝ｉ２＝１ｍＡ、ｒｔ＝５００Ω、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３＝１０Ω、ｒｒｅｆ＝５００Ωである場合を想定し、ｉ１が１％低減した場合には−１．５５６２℃の温度誤差が生じ、ｉ１が１％増加した場合には＋１．５５０６℃の温度誤差が生じる。また、ｉ２が１％低減した場合には−１．５５０６℃の温度誤差が生じ、ｉ２が１％増加した場合には＋１．５５６２℃の温度誤差が生じる。

したがって、本実施の形態にかかる温度測定回路１０において、ｉ１，ｉ２が１％増減した場合に生じる温度誤差は、従来回路の温度誤差と比較して、約１７％程度にまで低減されていることがわかる。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、定電流源ＩＳ１の出力端と端子Ｔ１との間に基準電圧回路１１を接続して、定電流Ｉ１の電流値ｉ１に応じて電圧値が変化する基準電圧Ｖｒｅｆを生成し、ＡＤ変換器１２が、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて端子Ｔ１と端子Ｔ２の間に生じる差分電圧Ｖ１をＡＤ変換するようにしたものである。
より具体的には、基準電圧回路１１が、ＩＳ１の出力端とＴ１との間に接続された基準抵抗素子Ｒｒｅｆを有し、定電流Ｉ１に基づきＲｒｅｆの両端に生じた電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力するようにしたものである。

これにより、Ｖｒｅｆは電流値ｉ２の影響を受けなくなり、Ｖｒｅｆの変動が低減される。また、差分電圧Ｖ１とＶｒｅｆとは、Ｉ１の影響を等しく受けることになる。このため、従来回路と比較して、ＡＤ変換器１２から得られる変換結果に含まれる誤差が抑制されることになる。したがって、定電流Ｉ１，Ｉ２の変動に起因する検出温度誤差を低減することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかる温度測定回路１０について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる温度測定回路を示すブロック図である。
本実施の形態は、る差分電圧Ｖ１に加えて、定電流Ｉ１，Ｉ２に応じて変化する電圧Ｖ２，Ｖ３と基準電圧ＶｒｅｆをＡＤ変換器１２でＡＤ変換し、これら電圧の変換結果，Ｄｖ２，Ｄｖ３，Ｄｖｒｅｆから求めた電流値ｉ１，ｉ２および配線抵抗値ｒ１，ｒ２，ｒ３に基づいて、Ｄｖ１から求めたＶ１に対応する、測温抵抗体Ｒｔの検出温度Ｔを算出するようにしたものである。

図５に示すように、本実施の形態にかかる温度測定回路１０において、ＡＤ変換器１２は、図１と同様に、基準電圧回路１１からのＶｒｅｆを基準電圧入力端子ＲＥＦＰ，ＲＥＦＮから取り込むとともに、Ｔ１の電圧ＶａとＴ２の電圧Ｖｂとをアナログ入力端子ＡＩＮ１，ＡＩＮ２から取り込んで、その電圧差すなわちＴ１とＴ２の間に生じた差分電圧（第１の差分電圧）Ｖ１を、Ｖｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ１を出力端子ＤＯＵＴから出力する機能を有している。

これに加えて、ＡＤ変換器１２は、定電流源ＩＳ１の出力端と抵抗素子（電流検出抵抗素子）Ｒｄとの接続点に生じる電圧Ｖｄを、アナログ入力端子ＡＩＮ３から取り込んで、ＶｄとＶｂとの電圧差である差分電圧（第２の差分電圧）Ｖ２を、Ｖｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ２を出力端子ＤＯＵＴから出力する機能と、第３の端子Ｔ３の電圧Ｖｃをアナログ入力端子ＡＮ４から取り込んで、ＶｂとＶｃとの電圧差である差分電圧（第３の差分電圧）Ｖ３を、Ｖｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ２を出力端子ＤＯＵＴから出力する機能と、ＡＤ変換器１２は、ＲＥＦＰ，ＲＥＦＮから取り込んだＶｒｅｆをＶｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖｒｅｆを出力端子ＤＯＵＴから出力する機能とを有している。

演算処理部１３は、ＣＰＵとプログラムとが協働する演算処理回路からなり、ＡＤ変換器１２から出力された変換結果のうち、Ｄｖ２，Ｄｖ３，Ｄｖｒｅｆから求めた電流値ｉ１，ｉ２および配線抵抗値ｒ１，ｒ２，ｒ３に基づいて、Ｄｖ１が示すＶ１から測温抵抗体Ｒｔの測温抵抗値ｒｔを求め、得られたｒｔに基づいて測温抵抗体Ｒｔで検出された検出温度Ｔを算出して出力する機能を有している。
本実施の形態にかかる温度測定回路１０における、このほかの構成については図１と同様であり、ここでの詳細な説明は省略する。

［第２の実施の形態の動作］
次に、図５を参照して、本実施の形態にかかる温度測定回路１０の動作として、測温抵抗体Ｒｔの抵抗値ｒｔの算出過程について説明する。
定電流Ｉ１，Ｉ２の電流値をｉ１，ｉ２とし、Ｒｔの抵抗値をｒｔとし、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３の配線抵抗値をｒ１，ｒ２，ｒ３とし、終端回路１４の抵抗値をＲｅとした場合、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃは、前述した式（３）で表される。

また、Ｔ１とＴ２の間に生じた差分電圧Ｖ１は、Ｖａ−Ｖｂで求められる。したがって、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３とすると、Ｖ１は、式（３）に基づいて次の式（９）で表される。また、式（９）を変形すれば、測温抵抗体Ｒｔの抵抗値ｒｔは、次の式（１０）で求められる。

一方、Ｔ２とＴ３の間に生じた差分電圧Ｖ３は、Ｖｂ−Ｖｃで求められる。したがって、ｉ１＝ｉ２であり、ｒ１＝ｒ２＝ｒ３とすると、Ｖ３は、式（３）に基づいて次の式（１１）で表される。

したがって、式（１１）を変形すれば、配線抵抗値ｒは、次の式（１２）で表される。

ここで、Ｒｒｅｆには定電流Ｉ１のみが流れるため、電流値ｉ１は、Ｒｒｅｆの両端電圧であるＶｒｅｆに基づいて、次の式（１３）で求められる。

また、Ｒｄには定電流Ｉ２のみが流れるため、電流値ｉ２は、Ｒｒｅｆの両端電圧であるＶｒｅｆ、およびＲｄの両端電圧であるＶ２に基づいて、式（１４）で求められる。

したがって、Ｎ段階の入力レンジ最大値Ｎ−１に相当する最大電圧をＶｎとした場合、演算処理部１３は、入力されたＤｖ１に基づいて、式（７）と同様にしてＶ１を算出することができる。さらに、Ｄｖ２，Ｄｖ３，Ｄｖｒｅｆについても、同様にしてＶ２，Ｖ３，Ｖｒｅｆを算出できる。
また、これら式（１３）および式（１４）で求めたｉ１，ｉ２を、式（１２）に代入してｒの値を求め、これらｉ１，ｉ２，ｒ，Ｖ１を式（１０）に代入すれば、測温抵抗体Ｒｔの測温抵抗値ｒｔが求められる。

本実施の形態にかかる温度測定回路１０では、このような測温抵抗値ｒｔの算出過程に基づいて、ＡＤ変換器１２が、基準電圧回路１１からのＶｒｅｆを基準電圧入力端子ＲＥＦＰ，ＲＥＦＮから取り込むとともに、Ｔ１の電圧ＶａとＴ２の電圧Ｖｂとをアナログ入力端子ＡＩＮ１，ＡＩＮ２から取り込んで、その電圧差すなわちＴ１とＴ２の間に生じた差分電圧Ｖ１を、基準電圧はＶｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ１を出力端子ＤＯＵＴから出力する。

また、ＡＤ変換器１２は、定電流源ＩＳ１の出力端と抵抗素子Ｒｄとの接続点に生じる電圧Ｖｄを、アナログ入力端子ＡＩＮ３から取り込んで、ＶｄとＶｂとの電圧差である差分電圧Ｖ２を、Ｖｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ２を出力端子ＤＯＵＴから出力する。

また、ＡＤ変換器１２は、第３の端子Ｔ３の電圧Ｖｃをアナログ入力端子ＡＮ４から取り込んで、ＶｂとＶｃとの電圧差である差分電圧Ｖ３を、Ｖｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖ２を出力端子ＤＯＵＴから出力する。
さらに、ＡＤ変換器１２は、ＲＥＦＰ，ＲＥＦＮから取り込んだＶｒｅｆをＶｒｅｆに基づいてＡＤ変換し、得られた変換結果Ｄｖｒｅｆを出力端子ＤＯＵＴから出力する。

演算処理部１３は、まず、ＡＤ変換器１２から出力された変換結果Ｄｖ１，Ｄｖ２，Ｄｖ３，Ｄｖｒｅｆから差分電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆを求める。続いて、Ｖ２，Ｖｒｅｆと既知のｒｄ，ｒｒｅｆから電流値ｉ１，ｉ２を求め、Ｖ３とｉ３から配線抵抗値ｒ（＝ｒ１＝ｒ２＝ｒ３）を求める。この後、ｉ１，ｉ２，ｒ，Ｖ１から測温抵抗体Ｒｔの測温抵抗値ｒｔを求め、公知の温度計算手法に基づいてｒｔから測温抵抗体Ｒｔの検出温度Ｔを算出して出力する。

［第２の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、定電流源ＩＳ２の出力端と端子Ｔ２との間に電流検出抵抗素子Ｒｄを接続し、ＡＤ変換器１２は、差分電圧Ｖ１に加え、Ｒｄの両端の差分電圧Ｖ２、端子Ｔ２と端子Ｔ３の間に生じる差分電圧Ｖ３、および基準電圧ＶｒｅｆをＡＤ変換し、演算処理部１３は、ＶｒｅｆおよびＶ２に基づいてｉ１，ｉ２を求め、ｉ１，ｉ２，Ｖ３から配線抵抗値ｒを求め、ｉ１，ｉ２，ｒ，Ｖ１に基づいて、測温抵抗体Ｒｔの検出温度Ｔを算出するようにしたものである。

これにより、ｉ１，ｉ２の実測値に基づいてｒｔを求めることができる。したがって、ｉ１，ｉ２が変動するような場合であっても、極めて高い精度で検出温度Ｔを算出でき、結果として、定電流Ｉ１，Ｉ２の変動に起因する検出温度誤差を低減することが可能となる。

［第３の実施の形態］
次に、図６を参照して、本発明の第３の実施の形態にかかる温度測定回路１０について説明する。図６は、第３の実施の形態にかかる温度測定回路を示すブロック図である。
本実施の形態は、基準電圧回路１１において、出力する基準電圧Ｖｒｅｆを切替出力する場合について説明する。なお、以下では、第１の実施の形態に本実施の形態を適用した場合を例として説明するが、第２の実施の形態にも同様にして適用できる。

本実施の形態において、基準電圧回路１１は、定電流源ＩＳ１の出力端と端子Ｔ１との間に、網状接続された複数の抵抗素子Ｒｒｅｆ１，Ｒｒｅｆ２からなる抵抗回路網ＮＷと、抵抗素子を切替接続するスイッチＳＷとを有し、スイッチＳＷの切替動作に応じてＩＳ１に基づきＮＷで生じた電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する機能を有している。

具体的には、図６に示すように、基準電圧回路１１には、抵抗回路網ＮＷとして２つの抵抗素子Ｒｒｅｆ１，Ｒｒｅｆ２が設けられている。Ｒｒｅｆ２の一端は、ＩＳ１の出力端に接続されており、他端がＲｒｅｆ１の一端に接続されている。また、Ｒｒｅｆ１の他端はＴ１に接続されている。また、ＳＷは、入力端子Ｐ１がＲｒｅｆ１とＲｒｅｆ２の接続点に接続されているとともに、入力端子Ｐ２がＩＳ１の出力端とＲｒｅｆ２の接続点に接続されており、出力端子Ｐ３がＡＤ変換器１２の基準電圧入力端子ＲＥＦＰに接続されている。

これにより、演算処理部１３からＳＷがＰ１側に切り替えられた場合、Ｒｒｅｆ１の両端の電圧Ｖｒｅｆ１＝ｒｒｅｆ１×ｉ１がＶｒｅｆとして出力される。また、ＳＷがＰ２側に切り替えられた場合、Ｒｒｅｆ１とＲｒｅｆの直列接続の両端の電圧Ｖｒｅｆ２＝（ｒｒｅｆ１＋ｒｒｅｆ２）×ｉ１がＶｒｅｆとして出力される。

図１に示した温度測定回路１０では、基準抵抗値ｒｒｅｆを大きくするとＡＤ変換器１２で用いる基準電圧Ｖｒｅｆが大きくなる。このため、広い温度範囲を測定できるが、分解能が低くなってしまい、検出温度Ｔの測定精度が低下する。一方、ｒｒｅｆを小さくするとＶｒｅｆが大きくなるため、狭い温度範囲しか測定できないが、分解能が高くなって高い測定精度が得られる。

本実施の形態では、演算処理部１３からＳＷをＰ１側に切り替えることにより、低い電圧のＶｒｅｆ１がＶｒｅｆとしてＡＤ変換器１２に入力されるため、狭い温度範囲ではあるが高い分解能で温度測定することができる。また、ＳＷをＰ２側に切り替えることにより、高い電圧のＶｒｅｆ２がＶｒｅｆとしてＡＤ変換器１２に入力されるため、低い分解能ではあるが広い温度範囲を温度測定することができる。
したがって、１つの温度測定回路１０で、異なるアプリケーションに対応することができ、適用範囲を広げることが可能となる。

図７は、第３の実施の形態にかかるＡＤ変換特性を示す説明図である。ここでは、横軸が電圧を示し、縦軸が変換結果を示している。
図７において、特性７０は、ＳＷをＰ１側に切り替えた場合に得られるＡＤ変換器１２の変換特性である。この場合、Ｖｒｅｆ１が入力レンジ最大値Ｎ−１に割り当てられることになり、Ｖ１はＤｖ１＝Ｖ１／Ｖｒｅｆ１×Ｎに変換される。したがって、０〜Ｖｒｅｆ１に相当する比較的狭い温度範囲が、Ｎ段階でＡＤ変換されることになり、狭い温度範囲しか測定できないが、分解能が高くなって高い測定精度が得られる。

一方、特性７１は、ＳＷをＰ２側に切り替えた場合に得られるＡＤ変換器１２の変換特性である。この場合、Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２が入力レンジ最大値Ｎ−１に割り当てられることになり、Ｖ１はＤｖ１＝Ｖ１／（Ｖｒｅｆ１＋Ｖｒｅｆ２）×Ｎに変換される。したがって、０〜Ｖｒｅｆ２に相当する比較的広い温度範囲が、Ｎ段階でＡＤ変換されることになり、低い分解能ではあるが広い温度範囲を温度測定することができる。

なお、図６では、抵抗回路網ＮＷが２つの抵抗素子Ｒｒｅｆ１，Ｒｒｅｆ２を直列接続した回路で構成した例について説明したが、これに限定されるものではなく、異なる複数の電圧値を切替出力できる抵抗回路網であれば、いずれの回路構成であってもよい。
例えば、３つ以上の抵抗素子を直列接続し、得られる複数の分圧出力のいずれか１つをＶｒｅｆとしてＳＷで切替選択してもよい。

また、抵抗回路網ＮＷＳとして、互いに異なる抵抗値のＲｒｅｆ１，Ｒｒｅｆ２の他端をそれぞれＴ１に共通接続し、それぞれの一端をＳＷのＰ１，Ｐ２に接続し、ＳＷのＰ３をＩＳ１の出力端に接続するとともに、ＡＤ変換器１２の端子ＲＥＦＰに接続してもよい。これにより、ＳＷでＩ１が流れる抵抗素子を切替選択することにより、異なる複数の電圧値のいずれかをＶｒｅｆとしてＳＷで切替選択できる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１０…温度測定回路、１１…基準電圧回路、１２…ＡＤ変換器、１３…演算処理部、１４…終端回路、ＩＳ１…定電流源（第１の定電流源）、ＩＳ２…定電流源（第２の定電流源）、Ｒｒｅｆ…基準抵抗素子、Ｒｒｅｆ１，Ｒｒｅｆ２…抵抗素子、ＮＷ…抵抗回路網、ＳＷ…スイッチ、Ｒｄ…抵抗素子（電流検出抵抗素子）、Ｒｅ…終端抵抗素子、Ｓ…温度センサ、Ｒｔ…測温抵抗体、Ｌ１…配線（第１の配線）、Ｌ２…配線（第２の配線）、Ｌ３…配線（第３の配線）、Ｔ１…端子（第１の端子）、Ｔ２…端子（第２の端子）、Ｔ３…端子（第３の端子）、Ｉ１…定電流（第１の定電流）、Ｉ２…定電流（第２の定電流）、ｉ１…電流値（第１の電流値）、ｉ２…電流値（第２の電流値）、Ｖ１…差分電圧（第１の差分電圧）、Ｖ２…差分電圧（第２の差分電圧）、Ｖ３…差分電圧（第３の差分電圧）、Ｖｒｅｆ…基準電圧、Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２…電圧、ｒ，ｒ１，ｒ２，ｒ３…配線抵抗値、ｒｔ…測温抵抗値、ｒｄ，ｒｅ…抵抗値、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ…電圧、ＤＯＵＴ…出力端子、Ｄｖ１，Ｄｖ２，Ｄｖ３，Ｄｖｒｅｆ…変換結果、Ｔ…検出温度。

Claims (4)

1. 測温抵抗体と、前記測温抵抗体の一端に接続された第１の配線と、前記測温抵抗体の他端に接続された第２および第３の配線とを有する、３線式の温度センサを用いて、前記測温抵抗体の検出温度を測定する温度測定回路であって、
   前記第１の配線が接続される第１の端子に対して第１の定電流を供給する第１の定電流源と、
   前記第２の配線が接続される第２の端子に対して第２の定電流を供給する第２の定電流源と、
   前記第３の配線が接続される第３の端子を接地電位に終端接続する終端回路と、
   前記第１の定電流源の出力端と前記第１の端子との間に接続されて、前記第１の定電流の電流値に応じて電圧値が変化する基準電圧を生成する基準電圧回路と、
   前記基準電圧に基づいて前記第１の端子と前記第２の端子の間に生じる第１の差分電圧をＡＤ変換するＡＤ変換器と、
   前記ＡＤ変換器から出力された前記第１の差分電圧の変換結果に基づいて、前記測温抵抗体の検出温度を算出する演算処理部と
   を備える
   ことを特徴とする温度測定回路。
2. 請求項１に記載の温度測定回路において、
   前記第２の定電流源の出力端と前記第２の端子との間に接続された電流検出抵抗素子をさらに備え、
   前記ＡＤ変換器は、前記第１の差分電圧に加え、前記電流検出抵抗素子の両端の第２の差分電圧、前記第２の端子と前記第３の端子の間に生じる第３の差分電圧、および前記基準電圧をＡＤ変換し、
   前記演算処理部は、前記ＡＤ変換器から出力された変換結果のうち、前記基準電圧および前記第２の差分電圧の変換結果に基づいて前記第１の定電流および前記第２の定電流の電流値をそれぞれ求め、これら電流値と前記第３の差分電圧の変換結果とに基づいて前記第１、第２、および第３の配線に共通する配線抵抗値を求め、前記電流値、前記配線抵抗値、および前記第１の差分電圧の変換結果に基づいて、前記測温抵抗体の検出温度を算出する
   ことを特徴とする温度測定回路。
3. 請求項１または請求項２に記載の温度測定回路において、
   前記基準電圧回路は、前記第１の定電流源の出力端と前記第１の端子との間に接続された基準抵抗素子を有し、前記第１の定電流に基づき前記基準抵抗素子の両端に生じた電圧を前記基準電圧として出力することを特徴とする温度測定回路。
4. 請求項１または請求項２に記載の温度測定回路において、
   前記基準電圧回路は、前記第１の定電流源の出力端と前記第１の端子との間に、網状接続された複数の抵抗素子からなる抵抗回路網と、前記抵抗素子を切替接続するスイッチとを有し、前記スイッチの切替動作に応じて前記第１の定電流に基づき前記抵抗回路網で生じた電圧を前記基準電圧として出力することを特徴とする温度測定回路。

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