JP2504753B2

JP2504753B2 - 電子温度計

Info

Publication number: JP2504753B2
Application number: JP61218360A
Authority: JP
Inventors: 柄川　　俊二
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1986-03-07
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2011-06-05
Also published as: JPS6311824A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、広い温度範囲で高精度に測定できる電子温
度計に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、一般に電子温度計は、感温素子としてサーミス
タが良く用いられており、基準抵抗とサーミスタとが選
択的に接続できる発振回路を用い、それぞれを切換えた
ときの周波数比較を行い、その周波数比情報を温度に変
換する。この温度変換は、（１）式を算出することによ
り絶対温度Ｔを求めている。

ただし、B:サーミスタの感度定数 R:基準抵抗の抵抗値 R₀：サーミスタの温度T₀の抵抗値 N₀：基準抵抗選択時の発振パルス数 Nx:サーミスタ選択時の発振パルス数Ｂ、Ｒ、R₀、N₀は予め定められた定数であるので、Nx
を求めることによって温度Ｔに変換することができる。

ここで、この温度変換方式に着目すると、特開昭58-1
5134号公報に示されるように、予めROMに変換コードを
記憶させておき、この変換コードによって直接温度に変
換する方式がある。また、特開昭58-19523号公報に示さ
れるように、電算機システムを利用し、（１）式を計算
によって求める方式がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述のごとくサーミスタの抵抗値は、温度に対して非
線形の特性をもつために種々の方式によって温度換算を
しているが、予めROMに変換コードを記憶しておき、直
接温度に変換する方式では、簡単に温度変換でき、１チ
ップLSIにすることも容易である。しかし、サーミスタ
の温度感度であるＢ定数の情報を予めROMに記憶されて
いるために、Ｂ定数のバラツキに対して、広い温度範囲
で高精度の電子温度計を供給することは不可能という欠
点があった。

また、（１）式を計算によって求める方式では、計算
が複雑な自然対数計算、除算など行うために、電算機シ
ステムの支援が必要となり、温度計付電卓では電算機能
を共用できるために有効である。しかし、温度測定のみ
を行う携帯式の温度計においては、必要以上の機能を持
合わせた電卓を用いるために安価な温度計を供給するこ
とはできなかった。

また、電卓の代りに必要な処埋演算のみを行えるマイ
クロコンピュータを用いても、複雑な演算処理を行うた
めに処理プログラムのROMステップを多量に必要とし、
安価な１チップマイクロコンピュータでは実現がむずか
しかった。

また、前記演算方式ではサーミスタRxの抵抗値は
（２）式により近似できることを前提としている。

しかし、一般に広い温度範囲において、Ｂを定数とし
てサーミスタRxの温度特性を近似することは不可能であ
り、ある限られた温度範囲を設けて（２）式を近似式と
していることが多い。つまり、近似式が十分でないため
に、（２）式を用いて計算によって温度算出しても広い
温度範囲で高精度の温度計は実現できなかった。

本発明の目的は、上述のような従来の間題点を解消さ
せ、広い温度範囲を、高精度で測定可能として、しか
も、簡単な計算式によって温度変換でき、サーミスタの
Ｂ定数のバラツキをも調整可能とした電子温度計を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成させるために、本発明は次のような
構成としている。以下、第１図の原理図に基づいて構成
と動作原理を説明する。

サーミスタを装備し、温度変化に対して周波数が指数
的に変化する感温発振回路12と、感温発振回路12の発振
周波数を測定する周波数測定回路13がある。ここで、周
波数測定回路13は基準時間を発生するクロック発振回路
14と、前記基準時間内の感温発振回路12の出力パルスの
みを通過させるANDゲート15と、ANDゲート15を通過した
パルス数を計数するカウンタ回路16から成っている。そ
して、前記基準時間内に発生する感温発振回路12のパル
ス数を計数する。つまり、周波数測定回路13は感温発振
回路12の周波数データｆを求めている。

そして、周波数測定回路13からの周波数データｆは温
度変換回路９によって温度データＴに変換され、表示装
置10に表示する。ここで、温度変換回路９は、温度デー
タ演算回路9dと感度記憶回路9aとオフセット記憶回路9c
から構成されている。

本発明においては、第２図の周波数−温度特性に示す
ように、周波数−温度特性は一定の周波数範囲ごとに分
けられ、各周波数範囲ごとに直線近似されている。そし
て、近似した各直線は傾きと、温度軸との交点で表わす
ことができる。すなわち、第２図は横軸に周波数データ
ｆ、縦軸に温度データＴをとり、サーミスタによる発振
の周波数−温度特性を直線近似したものである。以下、
縦軸を温度軸と記す。折れ線Ｌは、直線L₀、L₁、L₂、L₃
から成っており、各直線は周波数f₀、f₁、f₂、f₃、f₄の
各範囲にておいて近似された直線である。例えば、直線
L₀の傾きa₀は、周波数範囲の上限値と下限値の差（f₁−
f₀）を温度データＴの上限値と下限値の差（T₁−T₀）で
除した値である。また、直線L₀は原点を通っており、温
度軸との交点C₀はT₀と等しくなっている。また、直線L₁
にてついては、その傾きa₁は（f₂−f₁）を（T₂−T₁）で
除した値であり、温度軸との交点C₁は直線L₁を延長して
温度軸と交わる点C₁となっている。同様にして算出され
た各直線に対する傾き及び温度軸との交点は、感度値及
びオフセット値として、表１に示すように、感度記億回
路9a及びオフセット記憶回路9cに記億している。つま
り、層別された周波数範囲毎にそれらを記憶している。

そこで、感度記憶回路9a及びオフセット記憶回路9c
は、周波数データｆを入力とし、その周波数データｆに対応して記憶している感
度値ａとオフセット値ｃを出力する。つまり、近似した
直線を表わす定数を出力している。温度データ演算回路
9dは、周波数測定回路13からの周波数データｆと周波数
データｆに対応した感温値ａ及びオフセット値ｃを入力
して、この近似した直線上の温度データＴを計算にてよ
り求めるようにしている。

〔作用〕

以上の構成によってサーミスタの温度を求めることが
できるが、どのように作用しているかを説明する。

まず、サーミスタは感温発振回路12によって発振され
る。この発振周波数に対する温度は非線形であるが、狭
い範囲においては直線に近似することができ、周波数−
温度特性は複数の折れ線によって近似である。各直線の
定数である傾きａと温度軸との交点ｃは、前述のごとく
表１に記憶されており、周波数データｆが測定される
と、直線が選ばれ、その直線のふたつの定数によって直
線上の温度Ｔを計算によって求めることができる。その
計算式は、（３）式で表わせる。

Ｔ＝ａ（ｆ−f₀）＋ｃ …………（３）一般に、第２図に示す周波数−温度特性は、横軸を周
波数データｆの演算値Ｆ（ｆ）とした場合でも成り立つ
ことから、一般式は（４）式となる。

Ｔ＝ａ・Ｆ（ｆ）＋ｃ …………（４）ただし、Ｆ（ｆ）：周波数データｆの演算値また一方、温度測定に使用されるサーミスタのＢ定数
が異なり、記憶されている感度値ａ及びオフセット値ｃ
が適当でない場合には、Ｂ定数補正値ｂを温度Ｔの計算
式の変数として（５）式に近似できる。

Ｔ＝ab・Ｆ（ｆ）＋ｃ …………（５）以上のように、サーミスタのＢ定数にバラツキがあろ
うとも、温度は簡単な計算によって算出できる。

〔実施例〕

以下本発明は電子体温計に応用した実施例を説明す
る。

第３図は電子体温計の構成を示すブロック図であり、
第１図と異なる点は次のことである。まず、サーミスタ
を含む感温発振回路は、サーミスタと基準抵抗を時分割
的に切換える切換発振回路によって構成されている点で
ある。次に、周波数測定回路は、サーミスタと基準抵抗
をそれぞれ接続したときの発振周波数比を測定する周波
数比測定回路となっていることである。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。な
お、本実施例は本発明を電子体温計に適用したものであ
り、原点は周波数比が１、温度が37℃と設定されてい
る。

１は切換発振回路であり、基準抵抗Ｒ、サーミスタR
x、コンデンサＣおよび半導体スィッチSWによって、基
準抵抗ＲとサーミスタRxとを選択的に接続してCR発振を
行えるように構成されている。２はカウンタ回路であ
り、切換発振回路１から出力される出力パルス数を計数
し、所定値N₀を計数するとオーバーフロー信号を出力す
る。３はクロック発振回路であり、クロック信号を出力
する。４はタイマー回路であり、クロック信号を計数
し、計数結果つまり時間情報を出力している。５はラッ
チ回路であり、前記カウンタ回路２よりオーバーフロー
信号が出力されたときの時間情報を記憶し出力する。ま
た、オーバーフロー信号が出力された直後にカウンタ回
路２およびタイマー回路４はリセットされる。

６は一致回路であり、ラッチ回路５から出力される時
間情報と、タイマー回路４から出力される時間情報の一
致を検出し、一致信号を出力する。７はラッチ回路であ
り、一致信号が出力されたときのカウンタ回路２の計数
値Nxを周波数比信号として記憶し出力する。

11は周波数比測定回路であり、前記カウンタ回路２、
クロック発振回路３、タイマー回路４、ラッチ回路５及
び７、一致回路６から構成されている。

８はＢ定数入力手段であり、前記サーミスタRxのＢ定
数バラッキに従って設定されるＢ定数情報を出力する。
９は温度変換回路であり、Ｂ定数補正記憶回路9bと感度
記憶回路9aとオフセット記憶回路9cと温度データ演算回
路9dから構成されている。Ｂ定数補正記憶回路9bは前記
Ｂ定数入力手段８によって設定されたＢ定数情報を入力
とし、Ｂ定数補正値ｂを出力する。感度記憶回路9a及び
オフセット記億回路9cは、前記周波数比測定回路11から
出力される周波数比信号Nxを入力とし、後述するごとく
周波数比信号Nxを層別した値に対応して感度値ａとオフ
セット値ｃをそれぞれ出力する。温度データ演算回路9d
は、周波数比信号Nx及びＢ定数補正値ｂと感度値ａとオ
フセット値ｃを入力として、温度デ一タTcを算出する。
10は表示装置であり、温度データTcを表示する。

以上の構成をもつ電子温度計の動作説明を行う。ま
ず、基準抵抗ＲおよびサーミスタRxが選択されたときの
切換発振回路１の発振周波数をそれぞれf₀、fxとすると
次式のようになる。

ただし、K:発振定数まず、前回の測定終了のときに一致回路６からの一致
信号によって、カウンタ回路２及びタイマー回路４はリ
セットされている。切換発振回路１は基準抵抗Ｒを選択
し、カウンタ回路２は切換発振回路１の出力パルスを計
数し、タイマー回路４はクロック発振回路３の出力パル
スを計数する。

カウンタ回路２の計数値が所定値N₀に達するとオーバ
ーフロー信号によってタイマー回路４の時間情報をラッ
チ回路５に記憶する。その後に、カウンタ回路２、タイ
マー回路４はリセットされるとともに、切換発振回路１
はサーミスタRxを選択する。

再び、カウンタ回路２は切換発振回路１の出力パルス
を計数し、タイマー回路４はクロック発振回路３の出力
パルスを計数する。そして、タイマー回路４の時間情報
とラッチ回路５に記憶されている時間情報の一致を検出
したときに一致信号が発生し、カウンタ回路２の計数値
Nxをラッチ回路７によって記憶する。その後、カウンタ
回路２及びタイマー回路４はリセットされる。

つまり、基準抵抗ＲとサーミスタRxの選択時間は同一
であり、その時間に切換発振回路１から出力されるパル
ス数はそれぞれN₀、Nxである。

以上のことから、絶対温度Ｔについて解くと、（１）
式のようになる。さらに、基準抵抗Ｒをサーミスタの温
度T₀の抵抗値R₀と等しくなるように設定すれば（８）式
のようになる。

したがって、NxとＢが定まれば、他のT₀とN₀は予め定
められた定数であるので温度を求めることができる。

ここで、サーミスタ抵抗値の温度に対する特性は
（２）式にて示したように非線形特性であるが、狭い温
度範囲では線形であるとみなすことができるために、摂
氏温度Tcは（９）式のように表わすことができる。

ただし、a:感度値 b:B定数補正値 c:オフセット値ここで、N₀＝10000、Ｂ＝4000〔Ｋ〕とした場合につ
いて説明する。

感度記憶回路9a及びオフセット記憶回路9c は周波数比信号Nxを層別に分類し、それぞれにて対応す
る感度値ａ及びオフセット値ｃを表２に示すように変換
する。

また、切換発振回路１に組込まれたサーミスタRxのＢ
定数は予め測定されており、その結果に従って設定され
ることにより前記Ｂ定数入力手段８は前記サーミスタRx
に固有のＢ定数情報を出力している。そして、Ｂ定数補
正記憶回路9bは表３に示すようにＢ定数入力手段８によ
って設定されたＢ定数情報をＢ定数補正値ｂに変換す
る。

つまり、周波数比測定回路11には周波数比信号Nxが保
持され、周波数比信号Nxは感度記憶回路9a及びオフセッ
ト記憶回路9cによって感度値ａ及びオフセット値ｃに変
換される。また、Ｂ定数情報はＢ定数補正記憶回路9bに
よってＢ定数補正値ｂに変換される。

そして、温度データ演算回路9dは、周波数比信号Nxの
他にＢ定数補正記憶回路9bより出力されるＢ定数補正値
ｂと、感度記憶回路9a及びオフセット記憶回路9cが、そ
れぞれ周波数比信号Nxが供給される毎に、表２に従って
出力する感度値ａ及びオフセット値ｃを入力し、（10）
式に示す算出式により摂氏の温度データTcを算出し、表
示装置10に表示する。

すなわち、本発明は周波数比測定回路11より出力され
る周波数比信号Nxに対応して感度値ａ及びオフセット値
ｃを表２に示すごとく層別して感度記憶回路9a及びオフ
セット記憶回路9cに記憶させておくことにより感度値
ａ、オフセット値ｃを温度測定毎に出力する。また、Ｂ
定数補正記憶回路9bよりＢ定数補正値ｂは出力されてい
る。そして、感度値ａ、オフセット値ｃ及びＢ定数補正
値ｂを（10）式に示す周波数比信号Nxに関する一次式に
代入して演算する。つまり、表２に示した周波数比信号
Nxの層ごとに、周波数比信号Nxの温度特性を直線に近似
して温度算出するものである。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によればサーミ
スタの抵抗温度特性が非線形を有しても、温度を高精度
で、デジタル表示することができる。

また、広い温度範囲においてはサーミスタの抵抗値を
（２）式により近似できないが狭い温度範囲において、
（９）式に示した直線に近似することで高精度な温度測
定ができる。

さらに、切換発振回路１におけるインバータのオン抵
抗による見かけ上のサーミスタの感度低下があっても、
（９）式に示した直線に近似することで高精度な温度測
定ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理を示すブロック線図であり、第２
図は周波数−温度特性図であり、第３図は本発明の一実
施例を示す電子体温計のブロック線図である。１……切換発振回路、９……温度変換回路、9a……感度
記憶回路、9b……Ｂ定数補正記憶回路、9c……オフセッ
ト記憶回路、9d……温度データ演算回路。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】サーミスタと基準抵抗を切り換えて接続
し、それぞれの周波数信号を切り換えて出力する切換発
振回路と、前記サーミスタに基づく前記切換発振回路か
らの第１発振周波数と前記基準抵抗に基づく前記切換発
振回路からの第２発振周波数とに基づき、第２発振周波
数に対する第１発振周波数の周波数比信号を出力する周
波数比測定回路と、前記周波数比信号に基づく周波数比
−温度特性に従って温度データを発生する温度データ演
算回路と、前記周波数比−温度特性を周波数比ごとに層
別し、各層別された範囲を直線近似するとともに、各近
似直線の傾きである感度値及び前記直線と温度軸との交
点であるオフセット値をそれぞれテーブルに記憶した感
度記憶回路及びオフセット記憶回路と、外部から入力さ
れる前記サーミスタのＢ定数情報に基づいて設定される
Ｂ定数補正値を記憶したＢ定数補正記憶回路とを有し、
前記温度データ演算回路は、前記周波数比測定回路から
の周波数比信号に基づき、前記感度記憶回路及びオフセ
ット記憶回路から該周波数比信号の層に対応する近似直
線の感度値及びオフセット値を選択し、且つ該感度値及
びオフセット値と前記Ｂ定数補正記憶回路からのＢ定数
補正値に基づいて前記近似直線に対応する式を設定し、
該式と前記周波数比信号に基づいて温度データを算出す
ることを特徴とした電子温度計。