JP2532309B2 - 熱電対の温度補正装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱電対の温度補正装置に
係り、同一入力端子に複数種類の熱電対を選択的に接続
可能な温度調節計や温度指示計等の温度測定計器におい
て熱電対からの入力温度信号を補正する温度補正装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、温度調節計は、図６に示すよう
に、温度調節計の本体ケース１に配置した接続端子３ａ
〜３ｆのうち接続端子３ｅ、３ｆに、熱電対７をその素
線又はその熱電対７に似た温度特性の補償導線５ａ、５
ｂを介して接続し、その接続端子３ｅ、３ｆのすぐ近く
に本体ケース１から延びる温度補償素子９を配置して使
用される。その熱電対７は、測温接点７ａと基準接点と
しての接続端子３ｅ、３ｆでの温度差に応じた電圧を発
生する温度センサであり、例えばクロメル／アルメルか
らなるＫ熱電対、鉄／コンスタンタンからなるＪ熱電
対、銅／コンスタンタンからなるＴ熱電対等多くの種類
があり、素線又は補償導線５ａ、５ｂを介してプラス接
続端子３ｅとマイナス接続端子３ｆに接続されている。

【０００３】温度補償素子９は、接続端子３ｅ、３ｆの
周囲温度を測定する測温抵抗体、サーミスタおよびダイ
オード等であり、本体ケース１内の補正温度測定回路１
１から延びている。なお、図６の本体ケース１に配置し
た他の接続端子３ａ〜３ｄは、電源接続用や操作出力用
のものであるが、その接続状態の図示は省略する。この
ような温度調節計は、測定対象の温度を熱電対７を通じ
て入力し、補償導線５ａ、５ｂの接続された接続端子３
ｅ、３ｆの周囲温度を温度補償素子９で測定して補正温
度測定回路１１に入力し、この補正温度測定回路１１か
ら補正信号を出力し、次の手法によって測定対象の温度
を測定するのが一般的である。

【０００４】すなわち、熱電対の測温接点７ａの温度Ｔ
ｘと接続端子３ｅ、３ｆの温度Ｔｃｊとの温度差で生じ
る熱起電力に、温度補償素子９による測定温度から補正
温度測定回路１１で演算した補正信号を加えて温度Ｔｘ
を測定している。ここで、温度測定熱起電力ｅｘを式で
示すと次のようになる。 ｅｘ＝ｅ（Ｔｘ，Ｔｃｊ）＋ｅ（Ｔｃ，Ｔｏ） ………（１）式 なお、ｅ（Ｔｘ，Ｔｃｊ）は測温接点の温度がＴｘ、基
準接点の温度がＴｃｊの時の熱起電力であり、ｅ（Ｔ
ｃ，Ｔｏ）は測温接点の温度がＴｃ≒Ｔｃｊ、基準接点
の温度がＴｏ＝０℃の時の熱起電力である。

【０００５】そして、Ｔｃ、Ｔｏ間の熱起電力には、温
度調節計の温度補償素子９の誤差や内部回路の誤差が含
まれるので、１台毎に異なるのが一般的である。そのた
め、補正温度測定回路１１からの補正信号に対し、使用
する熱電対７に対応して予め補正値自体を調整して記憶
し、この補正信号をＴｘ、Ｔｃｊ間の熱起電力に加え、
この熱起電力を温度に換算演算した値を測定値ＰＶとし
て得ている。しかも、その補正値として複数種類の熱電
対の全てについて共通の値を使用していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の熱電対の温度補正方式では、次のような問題点
があった。すなわち、上述した（１）式に基づいて温度
測定熱起電力ｅｘを得る場合、室温下で、Ｔｃｊ＝（Ｔ
ｃｊ＋）＝（Ｔｃｊ−）＝Ｔｃとなる点が条件となって
いた（Ｔｃｊ＋はプラス接続端子３ｅの温度、Ｔｃｊ−
はマイナス接続端子３ｆの温度）。ところが、実際には
Ｔｃｊ＋とＴｃｊ−は等しくならずに（Ｔｃｊ＋）≠
（Ｔｃｊ−）≠Ｔｃとなり、これが誤差要因となってい
る。もっとも、これらの誤差要因は、ある決った熱電対
７のみを接続する場合、上述したように使用する熱電対
７に対応して運転前に予め補正値自体を調整し、誤差分
を取除いてから測定値ＰＶを換算演算するので、問題に
ならなかった。

【０００７】しかし、複数種類の熱電対を選択的に接続
することを予定した温度調節計においては、予め運転前
に調整した熱電対と異なる熱電対を実際に使用する場合
には、Ｔｃｊ＋とＴｃｊ−の温度差が誤差要因となり、
不正確な測定値ＰＶが出力され易い。例えば、温度調節
計の出荷前にＫ熱電対で調整を行ない、ユーザに渡った
後にＴ熱電対を使用して運転を行った場合には、プラス
接続端子３ｅの温度Ｔｃｊ＋とマイナス接続端子３ｆの
温度Ｔｃｊ−の温度差による誤差が測定値ＰＶに影響し
てしまう。

【０００８】特に、近年の温度調節計では、１０種類以
上の熱電対からユーザが使用目的に応じて１つの熱電対
を選択するものが提供されており、誤差のない測定値Ｐ
Ｖを演算出力する手法が望まれている。さらに、温度調
節計の小型化傾向に伴って内部機能が増大しているた
め、内部発熱の影響が素線又は補償導線５ａ、５ｂの接
続された接続端子３ｅ、３ｆに出易く、電源投入後の安
定測定時においても、１０ｍｍ前後しか離れていない接
続端子３ｅ、３ｆ間で例えば約１℃異なることがあり、
この点も考慮する必要がある。

【０００９】本発明はこのような従来の欠点を解決する
ためになされたもので、熱電対の種類を選択的に変更し
ても正確な温度測定が可能な熱電対の温度補正装置の提
供を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明は、機器本体に接続される熱電対からの
温度信号を入力する熱電対温度入力部と、それら熱電対
と機器本体との接続点近傍における温度信号を入力する
測温入力部と、特定種類の熱電対についての特定補正値
と他の種類の熱電対について特定種類の熱電対との補正
差とを格納し、その特定補正値を実際に接続される熱電
対の種類に対応するその補正差で補償して補正値として
出力する補正値格納部と、測温入力部からの温度信号を
補正値格納部からの補正値で補正して補正信号を作成す
る補正信号演算部と、熱電対温度入力部からの温度信号
を補正信号で補正して測定値を演算する測定値演算部と
を有している。

【００１１】

【作用】このような手段を備えた本発明では、例えば複
数種類の熱電対についての特定種類の熱電対についての
特定補正値と他の種類の熱電対について特定種類の熱電
対との補正差とを上記補正値格納部に格納した状態の下
で、ある熱電対が接続されると熱電対温度入力部から熱
電対の温度信号が出力され、測温入力部から熱電対と機
器本体との接続点近傍における温度信号が補正信号演算
部へ出力される。 補正値格納部では、特定種類の熱電対
についての特定補正値を、実際に接続さ れた熱電対に対
応する補正差で補償した補正値が演算され、補正信号演
算部では温度信号がその補正値で補正されて測定値演算
部へ加えられる。測定値演算部では熱電対温度入力部か
らの温度信号を補正信号で補正して測定値を演算する。

【００１２】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。上述した説明と共通する部分には同一の符号を付
す。図１は本発明に係る温度補正装置の一実施例を示す
ブロック図である。図１において、熱電対温度入力部１
３は熱電対７からの熱起電力を増幅するとともにデジタ
ル温度信号にＡ／Ｄ変換するもので、測定値演算部１５
に接続されている。測温入力部１７は、温度補償素子９
からの熱起電力を増幅するとともにデジタル温度信号に
Ａ／Ｄ変換するもので、補正信号演算部１９に接続され
ている。補正信号演算部１９には補正値格納部２１も接
続されている。この補正値格納部２１は、熱電対温度入
力部１３換言すれば温度調節計の本体ケース（図６参
照）に接続される熱電対７の種類毎に、特定種類の熱電
対７について予め測定した特定補正値を格納する特定測
定値格納部２１ａと、使用される熱電対７のうち他の種
類の熱電対７毎に特定熱電対７との補正差を格納する補
正差格納部２１ｂと、それら特定補正値を補正差で補償
して補正値を演算する演算回路２１ｃとを有して形成さ
れおり、使用する熱電対７に合せて後述する設定部２７
からの指示によって補正信号演算部１９へ補正値を出力
するようになっている。

【００１３】補正信号演算部１９は、測温入力部１７か
らの温度信号から熱電対７に対応した補正信号を演算す
るとともに補正値格納部２１からの補正値で補正して演
算測定値演算部１５へ出力するものである。測定値演算
部１５は、熱電対温度入力部１３からの温度信号に補正
信号演算部１９からの補正信号を加算して測定値ＰＶを
演算出力するものである。なお、熱電対７や温度補償素
子９の熱起電力に基づく熱電対温度入力部１３や補正信
号演算部１９からの温度信号は非直線的に変化するの
で、測定値演算部１５では直線的に変化する測定値ＰＶ
が得られるように直線化（リニアライズ）演算処理も行
なう。

【００１４】図２は上述した温度補正装置を温度調節計
とともに示すブロック図である。制御部２３は、演算制
御主体となるＣＰＵ２３ａ、このＣＰＵ２３ａの動作プ
ログラムを格納したＲＯＭ２３ｂ、インターフェースＩ
／Ｏ２３ｃを有してなり、熱電対温度入力部１３、測温
入力部１７、記憶部２５、設定部２７、表示部２９およ
び出力部３１に接続されており、これらを制御してい
る。設定部２７は、本体ケースに配置されたキーボード
からなり、設定値ＳＶの入力の他、使用可能な熱電対７
に対応させて特定補正値および補正差を入力するととも
に、実際に接続している熱電対７の種類をコード等で選
択設定するものである。

【００１５】記憶部２５は、制御部２３の管理下で動作
する読み書き可能なメモリであり、設定値ＳＶや制御部
２３の演算過程のデータを一次的に記憶格納する他、前
記設定部２７から入力された特定補正値や各熱電対７毎
の補正差を格納しており、上述した特定補測値格納部２
１ａや補正差格納部２１ｂとして機能する。表示部２９
は、制御部２３の管理下で、設定部２７から入力された
設定値ＳＶや熱電対７の種類毎の特定補正値や補正差、
演算結果の測定値ＰＶ、操作量ＭＶ等を表示する例えば
液晶表示装置である。

【００１６】出力部３１は制御部２３からの操作量ＭＶ
に応じて測定対象３３に配置されるヒータ（図示せず）
等を制御するものである。制御部２３は、上述した機能
の他、熱電対温度入力部１３からの測定温度信号と測温
入力部１７からの測定温度信号を取込み、特定補正値や
設定部２７で選択された熱電対７に対応した補正差を記
憶部２５から読み出し、特定補正値を補正差で補償した
補正値を演算し、測温入力部１７からの温度信号を補正
値で補正して補正信号を演算し、熱電対温度入力部１３
からの温度信号に補正信号を加算して直線化処理し、測
定値ＰＶを演算するとともに、この測定値ＰＶと設定値
ＳＶとの偏差に応じて例えばＰＩＤ演算し、操作量ＭＶ
を出力部３１へ出力する。すなわち、制御部２３は、図
１の測定値演算部１５、補正信号演算部１９および演算
回路２１ｃとして機能するとともに、熱電対温度入力部
１３、測温入力部１７および補正値格納部２１を制御し
ている。

【００１７】このような熱電対の温度補正装置では、図
１において、上述した（１）式における測温接点の温度
がＴｘ、基準接点の温度がＴｃｊの時の熱起電力である
ｅ（Ｔｘ，Ｔｃｊ）が熱電対温度入力部１３からデジタ
ル温度信号で測定値演算部１５へ加えられる一方、測温
接点の温度がＴｃ、基準接点の温度がＴｏの時の熱起電
力であるｅ（Ｔｃ，Ｔｏ）が測温入力部１７からデジタ
ル温度信号で補正信号演算部１９へ加えられる。補正信
号演算部１９では、実際に接続した熱電対７に対応した
補正値ΔＴｃが補正値格納部２１から取込まれ、ｅ（Ｔ
ｃ）がΔＴｃで補正されて補正信号が演算され、測定値
演算部１５へ加えられる。

【００１８】そのため、測定値演算部１５では、熱電対
温度入力部１３からの各温度信号のＴｃｊ＋≠Ｔｃｊ−
による誤差が補正信号で補正され、正確な測定値ＰＶが
演算出力される。このように上述した実施例では、特定
種類の熱電対７についての特定補正値と、他の種類の熱
電対７について特定補正値との補正差をそれら熱電対７
に対応させて格納しておけば、特定補正値が実際に接続
された熱電対７の補正差で補正されて補正値が演算さ
れ、温度補償素子９からの熱起電力に基づく温度信号が
その補正値で補正されて補正信号が出力され、熱電対７
からの熱起電力に基づく温度信号が補正信号で補正され
るとともに補正された正確な測定値ＰＶが演算される。

【００１９】従って、任意の種類の熱電対７を使用した
時にも、実際に接続される熱電対７に応じて常に正確に
補正された測定値ＰＶが得られる。しかも、熱電対７に
ついて本体ケース１の接続端子３ｅ、３ｆ間の温度差を
なくす工夫をする必要がないから、接続端子３ｅ、３ｆ
および付近の構成を簡素化できる利点もある。

【００２０】そして、図１に示す構成は、上述した図６
のプラス接続端子３ｅとマイナス接続端子３ｆに関する
起電力の比率に着目し、接続端子３ｅ、３ｆ間の温度差
の影響度を熱電対毎に記憶して追加補正値とするもので
ある。

【００２１】特定測定値格納部２１ａに格納する特定補
正値は、例えばＫ熱電対について図２の設定部２７から
設定される。補正差格納部２１ｂへ格納される補正差
も、図２の設定部２７から設定され、理科年表等に掲載
されている物理定数表（熱電対の基準起電力表）から例
えば図３および図４のような表データにして格納され
る。

【００２２】図３に示す補正差データは、個々の熱電対
７について本体ケース１の接続端子３ｅ、３ｆにおける
熱電対のプラス側とマイナス側の素材の絶対熱電能の比
率（以下これを起電力比率とする）であり、図１の温度
補正装置においては、調整に使用した特定の熱電対と実
際に接続する熱電対間の比率差にＴｃｊ＋とＴｃｊ−の
温度差分を演算回路２１ｃで補償して補正信号を補正信
号演算部１９へ出力する。なお、起電力比率は、熱電対
７による起電力をＡ、プラス接続端子３ｅに接続される
金属の起電力をＢ、マイナス接続端子３ｆに接続される
金属の起電力をＣとしたとき、プラス接続端子３ｅの起
電力比率についてＢ／Ａで、マイナス接続端子３ｆの起
電力比率についてＣ／Ａで示される。

【００２３】例えば、図３の熱電対１で調整を行うと、
図５Ａに示す熱電対１のように、マイナス接続端子３ｆ
からＹ1 ％の点に補償調整され、熱電対２を使用する場
合には同図Ｂの熱電対２のようにマイナス接続端子３ｆ
からＹ２％の点に補正する必要があり、Ｔｃｊ＋とＴｃ
ｊ−の温度差をＴとすると、Ｔ×（Ｙ２％−Ｙ１％）の
補正が必要となる。なお、接続端子３ｅ、３ｆ間の温度
差Ｔは、温度補償素子９を２つ配置して測定したり、２
種類の熱電対で調整し、その誤差から図３の起電力比率
を使用して逆算する手法がある。

【００２４】もっとも、一般に接続端子３ｅ、３ｆ間の
温度差Ｔのばらつきが同じ種類の計器では比較的少ない
から、ある固定値を予め格納しておく方が実用的であ
る。また、図４に示す補正差データは、予め調整に使用
する熱電対７を決定しておき、その特定熱電対に対する
修正比率を格納したものであり、補正差による補償は図
３と同様である。なお、上述した実施例では１個の熱電
対を入力する機器を例にして説明したが、本発明では複
数の熱電対を入力する機器においても同様に実施でき
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の温度補正装
置は、予め複数種類の熱電対について特定種類の熱電対
の特定補正値と他の種類の熱電対との補正差とを格納す
るとともに、実際に接続された熱電対について、特定補
正値を対応する補正差で補償して補正値を出力し、実際
に接続された熱電対に対応する補正値で測温入力部から
の温度信号を補正して補正信号を演算し、熱電対温度入
力部からの温度信号をその補正信号で補正して測定値を
演算するので、実際に接続する熱電対が変っても熱電対
の種類毎に正確に補正された測定値が得られる。そのた
め、本発明の温度補正装置を搭載した温度測定計器では
高い精度で温度測定できるうえ、全ての熱電対について
予め測定した測定補正値を補正値格納部に格納する必要
がなく操作性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る温度補正装置の一実施例を示すブ
ロック図である。

【図２】本発明の温度補正装置を搭載した温度調節計を
示すブロック図である。

【図３】図１における補正差格納部における格納データ
を示す図である。

【図４】図１における補正差格納部における別の格納デ
ータを示す図である。

【図５】図１の温度補正装置の動作を説明する図であ
る。

【図６】温度調節計に熱電対および温度補償素子を接続
した状態を示す図である。

【符号の説明】

１ 本体ケース ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ 接続端子 ５ａ、５ｂ 補償導線 ７ 熱電対 ７ａ 測温接点 ９ 温度補償素子 １１ 補正温度測定回路 １３ 熱電対温度入力部 １５ 測定値演算部 １７ 測温入力部 １９ 補正信号演算部 ２１ 補正値格納部２１ａ 特定測定値格納部 ２１ｂ 補正差格納部 ２１ｃ 演算回路 ２３ 制御部 ２３ａ ＣＰＵ ２３ｂ ＲＯＭ ２３ｃ Ｉ／Ｏ ２５ 記憶部 ２７ 設定部 ２９ 表示部 ３１ 出力部 ３３ 測定対象（制御対象）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機器本体に接続される熱電対からの温度
   信号を入力する熱電対温度入力部と、 前記熱電対と前記機器本体との接続点近傍における温度
   信号を入力する測温入力部と、特定種類の熱電対についての特定補正値と、他の種類の
   熱電対について前記特定種類の熱電対との補正差とを格
   納し、前記特定補正値を実際に接続される前記熱電対に
   対応する前記補正差で補償して補正値として 出力する補
   正値格納部と、 前記測温入力部からの温度信号を前記補正値格納部から
   の補正値で補正して補正信号を演算する補正信号演算部
   と、 前記熱電対温度入力部からの温度信号を前記補正信号で
   補正して測定値を演算する測定値演算部と、 を具備してなることを特徴とする熱電対の温度補正装
   置。