JP2546681B2

JP2546681B2 - 温度補償回路

Info

Publication number: JP2546681B2
Application number: JP62193054A
Authority: JP
Inventors: 一朗浅野; 信隆木原; 哲志井ノ上
Original assignee: Horiba Ltd
Current assignee: Horiba Ltd
Priority date: 1987-08-01
Filing date: 1987-08-01
Publication date: 1996-10-23
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JPS6438611A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、例えばガス分析計などの各種の分析計によ
る検出信号（測定信号）に対して温度補償処理を施すた
めの温度補償回路に関する。

〔従来の技術〕

例えば最近の溶存酸素計では、検出温度自体の表示の
他に、溶存酸素量の分圧比表示や溶存酸素濃度（DO）表
示などの複数の表示機能を有するように構成されている
ものがあるが、そのような場合においては、測定信号に
対して夫々の表示のために個々に温度補償処理を施す必
要がある。また、その他のガス分析計においても、複数
種類のガスの濃度を分析可能なものがあるが、そのよう
な場合にも、夫々のガスの濃度検出信号に対して個々に
温度補償処理を施す必要がある。

而して、従来一般の温度補償回路としては、第５図
（イ），（ロ）に示すように、測定信号ｖが入力される
オペアンプａのフィードバック回路部分または入力回路
部分（測定信号の温度特性の極性に応じて何れかが選択
される）に感温（抵抗）素子r_Tを介装して、湿度に応じ
てオペアンプａの増幅率を変化させることによって、温
度補償された測定信号v_Oを得るようにする、、という構
成が採用されていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記したような従来構成の温度補償回路で
は、（ｉ）ひとつの測定信号ｖに対して、必ず、一組のオペ
アンプａおよび感温素子r_Tが必要であるから、上記のよ
うに複数の測定信号に対して夫々温度補償を行うための
温度補償回路を構成する場合には、部品点数が非常に多
くなって製造コストが高くつくと共に、構造の複雑化お
よび大型化を招く、（ii）測定信号ｖの温度特性に応じて感温素子r_Tの特性
およびその他の抵抗器r_a,r_b,r_cの抵抗値を定めるために
複雑な計算を必要とするために、特に、上記のように複
数の測定信号に対して夫々温度補償を行うための温度補
償回路を構成する場合には、その設計に多大な手数を必
要とする、（iii）測定信号ｖの温度特性の極性に応じて、第５図
（イ），（ロ）に示したように、構造が全く異なる回路
構成を選択採用しなければならないため、温度特性の極
性が異なる複数の測定信号に対して夫々温度補償を行う
ための温度補償回路を構成する場合には、その設計に一
層多大な手数を必要とする、（iv）必須の回路構成要素であるオペアンプａ自体が、
その周囲温度の影響による誤差（温度ドリフトなど）を
発生し易いものであるために、温度補償の精度が劣る、といった種々の欠点があった。

そこで、本願出願人は、最近になって、ひとつの感温
素子により得られた検出温度信号を、複数の測定信号に
対する補償用に兼用使用することによって、複数の測定
信号に対して夫々温度補償を行えるものでありながら、
ただ１個の感温素子を用いるだけで済む温度補償回路を
開発するに至り、特願昭57−44869号（特開昭58−16085
9号），実願昭60−146072号（実開昭62−53356号）等に
より既に提案しているところである。

しかしながら、このような改良技術にかかる温度補償
回路においても、なお、次のような問題が残存してい
た。

即ち、複数の測定信号に対して夫々温度補償を行うた
めの温度補償回路を構成する場合には、感温（抵抗）素
子は１個で済むものの、比較的高価につくオペアンプは
複数の測定信号に対して夫々１個ずつ必要であるから、
製造コストの低減化ならびに構造の簡素化および小型化
は十分には実現されていないし、また、前述した従来構
成の温度補償回路における欠点（ii）および（iii）は
依然として解消されていない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、
その目的は、構成部品点数が非常に少なくて済み、安価
にしかも簡素かつ小型に構成できると共に、測定信号の
温度特性に対応する設計の手数を大幅に簡素化できるも
のでありながら、従来のものに比べて非常に精度の良い
温度補償を行える温度補償回路を開発・提供せんとする
ことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、第１図の基本
的構成図（クレーム対応図）に示すように、感温素子R_T
による検出温度に応じてデューティ比Ｄ（Ｔ）が変化す
るパルス幅信号V_Pを発振するように構成された１個の温
度−パルス幅変換回路部Ｘと、この温度−パルス幅変換
回路部Ｘから供給されるパルス幅信号V_Pのデューティ比
Ｄ（Ｔ）に基づいて、入力端子I_Nより入力された測定信
号V_NIに対する温度補償処理を施した測定信号V_NOを出力
端子O_Nより出力するように構成された少なくとも１個の
温度補償回路部Y_Nとを備えた温度補償回路において、前
記温度補償回路部Y_Nが前記入力端子I_Nより入力される測
定信号V_NIを大小の信号V_NB,V_NS（V_NB＞V_NS）に分圧して
出力する、複数の抵抗器からなる分圧手段C_Nと、この分
圧手段C_Nから供給される大小の分圧信号V_NB,V_NSを前記
温度−パルス幅変換回路部Ｘから供給されるパルス幅信
号V_PのHigh/Lowの変化に応じて交互に前記出力端子O_Nに
出力される切換え手段D_Nとからなり、前記入力端子I_Nよ
り入力される測定信号V_NIに対する平均の分圧比を温度
によって変えるようにした点に特徴がある。

〔作用〕

かかる特徴構成故に発揮される作用は次の通りであ
る。

（Ｉ）複数の測定信号V_NI（Ｎ＝1,2…）に対して夫々温
度補償を行うように構成する場合であっても、夫々の測
定信号V_NIに対して１個ずつ設けられる都合複数の温度
補償回路部Y_N（Ｎ＝1,2…）の全てにおいて、ただ１個
の温度−パルス幅変換回路部Ｘにより生成された検出温
度信号であるパルス幅信号V_Pを共用できるように構成さ
れていると共に、次に説明するように、各温度補償回路
部Y_Nはオペアンプを設ける必要が無い簡素な構成とされ
ているから、温度補償回路全体として、比較的高価につ
くオペアンプおよび感温素子R_Tは、温度−パルス幅変換
回路部Ｘに設けられるただ一組を使用するだけで済み、
従って、部品点数の大幅な削減ひいては構造の簡素化お
よび小型化ならびに製造コストの低廉化を図ることがで
きる。

（II）各温度補償回路Y_Nは、基本的には直列に接続した
複数（最少２個）の抵抗器のみを用いて極く簡素かつ安
価なものに構成できる分圧手段C_Nにより、測定信号V_NI
を大小の信号V_NB,V_NSに分圧した後、やはり極く簡素か
つ安価なスイッチング素子を用いて構成できる切換手段
D_Nにより、前記大小の分圧信号V_NB,V_NSを前記温度−パ
ルス幅変換回路部Ｘから供給されるパルス幅信号V_PのHi
gh/Lowの変化に応じて交互に出力端子O_Nへ出力させるこ
とによって、その出力端子O_Nに、前記パルス幅信号V_Pの
デューティ比Ｄ（Ｔ）に応じて変化する前記大小の分圧
信号V_NB,V_NSの加重平均値が温度補償された測定信号V_NO
として出力されるように構成してあるから、本発明の場
合には、各温度補償回路部Y_Nを、従来の温度補償回路の
場合のように高価につくのみならず非常に複雑な回路構
成とならざるを得ないオペアンプは勿論、感温素子も使
用する必要が無い極めて簡素かつ安価なものに構成でき
ると共に、各温度補償回路部Y_N夫々において、それに入
力される測定信号V_NIの温度特性に応じて、使用する抵
抗器の抵抗値を定めるための計算（設計）を極めて簡単
に行うことができる。

（III）測定信号V_NIの温度特性の極性が異なる場合であ
っても、例えば、温度−パルス幅変換回路部Ｘから供給
されるパルス幅信号V_PのHigh/Lowの変化に応じて交互に
切り換わる切換手段D_Nとして切換特性の異なるものを使
用するとか、あるいは、温度−パルス幅変換回路部Ｘか
ら切換手段D_Nに至る信号線の途中に必要に応じて反転素
子を介装する、というようにして、全体回路構成の大幅
な変更を要しない極く簡素な設計変更で対応できる。

（IV）各温度補償回路部Y_Nは、上記のように、周囲温度
の影響による誤差（温度ドリフトなど）を発生し易いオ
ペアンプを使用せずに構成できるため、温度補償の精度
を従来に比べて格段に向上させることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による温度補償回路の具体的な実施例を
図面（第２図ないし第４図）に基づいて説明する。

第２図に示す全体回路構成図において、Ｘは、感温素
子R_Tによる検出温度に応じたデューティ比Ｄ（Ｔ）のパ
ルス幅信号V_P（詳しくは後述する）を発振するように構
成された１個の温度−パルス幅変換回路部であり、Y₁,
…Y_N,…は、夫々、前記温度−パルス幅変換回路部Ｘに
接続され、その入力端子I_Nより入力された測定信号V_NI
に対する温度補償処理を施してから、その温度補償処理
済みの測定信号V_NOを出力端子O_Nより出力するように構
成された温度補償回路部である。

前記温度−パルス幅変換回路部Ｘは、温度に対応した
電圧V_Tを発生する測温回路部分１と、その測温回路部分
１から供給される温度に対応した電圧V_Tに比例してデュ
ーティ比Ｄ（Ｔ）（＝t₁/t₀:パルス繰返し周期t₀に対す
るHigh期間幅t₁の時間比）が変化するパルス幅信号V_Pを
出力する電圧−パルス幅変換器２とで構成されている。
即ち、前記測温回路部分１は、非反転入力端子側が接地
され、反転入力端子側に基準電源Ｅおよび入力抵抗器R_A
が接続されたオペアンプＡの帰還回路部分に、帰還抵抗
器R_B,サーミスターなどの感温素子R_Tおよびそれに対す
る直線性改善用の抵抗器R_C等を介装して構成されてい
る。また、前記電圧−パルス幅変換器２は、三角波発生
器３と、その三角波発生器３からの三角波形パルスおよ
び前記測温回路部分１からの電圧V_Tが入力されるコンパ
レータ４とから成る公知構成のものである。

そして、前記温度補償回路部（全て同じ構造であるた
め、ここではＮ番目の温度補償回路部Y_Nについてのみ説
明する）は、入力端子I_Nより入力される測定信号V
_NIを、大小の信号V_NB,V_NS（V_NB＞V_NS）に分圧して出力
するように、第１抵抗器R_1N,第２抵抗器R_2N,第３抵抗器
R_3Nを直列接続し、かつ、第１抵抗器R_1Nと第２抵抗器R
_2Nとの間、および、第２抵抗器R_2Nと第３抵抗器R_3Nとの
間から、夫々、信号出力線5,6を導出して成る分圧手段C
_Nを設けると共に、その分圧手段C_Nから信号出力線5,6を
介して供給される大小の分圧信号V_NB,V_NSを前記温度−
パルス幅変換回路部Ｘから供給されるパルス幅信号V_Pの
High/Lowの変化に応じて交互に前記出力端子O_Nへ出力さ
せるように、アナログスイッチ等のスイッチング素子か
ら成る切換手段D_Nを設けて構成されている。つまり、前
記出力端子O_Nには、パルス幅信号V_Pのデューティ比Ｄ
（Ｔ）に応じて変化する前記大小の分圧信号V_NB,V_NSの
加重平均値が温度補償された測定信号V_NOとして出力さ
れることになる。なお、前記切換手段D_Nの切換特性は測
定信号V_NIの極性に応じて適宜定めればよいが、測定信
号V_NIの極性に拘らず同じ切換特性のものを使用する場
合には、第２図中点線で示しているように、温度−パル
ス幅変換回路部Ｘから切換手段D_Nに至る信号線の途中に
必要に応じて反転素子Ｎを介装すればよい。

即ち、上記のように構成された温度補償回路におい
て、いま、前記切換手段D_Nを、パルス幅信号V_PがHighの
ときに大きい方の分圧信号V_NBを出力端子O_Nに接続し、
パルス幅信号V_PがLowのときに小さい方の分圧信号V_NSを
出力端子O_Nに接続する切換特性を有するように設定して
あるとすれば、出力端子O_Nに出力される前記大小の分圧
信号V_NB,V_NSの加重平均値V_NOは、で表される。

ここで、であるから、上記式より、となり、温度補償回路部Y_Nの温度係数V_NO/V_NIは、前記
パルス幅信号V_Pのデューティ比Ｄ（Ｔ）（つまり、温度
−パルス幅変換回路部Ｘの温度特性）と、R_3N/R_1N＋R_2N
＋R_3NおよびR_2N/R_3N とで定まることになる。

一方、前記切換手段D_Nが上記した場合とは逆の切換特
性を有するように設定されている場合には、出力端子O_N
に出力される前記大小の分圧信号V_NB,V_NSの加重平均値V
_NOは、で表されるから、温度補償回路部Y_Nの温度係数V_NO/V_NIは、となり、温度補償回路部Y_Nの温度係数V_NO/V_NIは、前記
パルス幅信号V_Pのデューティ比Ｄ（ｔ）とR_2N＋R_3N/R_1N
＋R_2N＋R_3NおよびR_2N/R_2N＋R_3Nとで定まることになる。

従って、何れの場合においても、上記式または式
による明確な指針があること、および、前記分圧手段C_N
における第１抵抗器R_IN,第２抵抗器R_2N,第３抵抗器R_3N
が単純な直列接続とされていることから、測定信号V_NI
の温度特性に応じて、それら第１抵抗器R_1N,第２抵抗器
R_2N,第３抵抗器R_3Nの各抵抗値を適宜定めるための設定
計算は、非常に容易に行うことができる。

更に、前記第１抵抗器R_1Nと第３抵抗器R_3Nの抵抗値を
等しく設定すると共に、第２抵抗器R_2Nを可変抵抗器で
構成しておき、かつ、前記温度−パルス幅変換回路部Ｘ
を、第３図に例示しているように、それにより出力され
るパルス幅信号V_Pのデューティ比Ｄ（Ｔ）が、温度Ｔが
基準温度T_O（例えば20℃）に等しいときに0.5となるよ
うに設定しておけば、温度補償回路部Y_Nの温度係数V_NO/
V_NIは次のようになる。

即ち、前記式において、Ｄ（Ｔ）＝Ｄ（T_O）＋ΔＤ（Ｔ）＝0.5ΔＤ（Ｔ）とおくと、となるから、ここで、 ΔＤ（Ｔ）＝Ｄ（Ｔ）−0.5 R_1N＝R_3N とおくと、と表されることになり、この式から明らかなように、
温度Ｔが基準温度T_Oに等しいときには、Ｄ（ｔ）＝0.5
であるから、第２抵抗器R_2Nの抵抗値如何に拘らずV_NO/V
_NIは1/2で一定となって、その第２抵抗器R_2Nを構成する
可変抵抗器を如何なる値に調節しても温度補償回路部Y_N
の出力V_NOは変化しないことが判る。従って、この場合
には、温度Ｔが基準温度T_Oとは異なる状態（例えば40
℃）において、温度補償回路部Y_Nの出力V_NOが前記基準
温度T_Oにおける場合と同じ値となるように、前記可変抵
抗器（第２抵抗器R_2N）を調節する、といった極く簡単
な操作を行うだけで、個々の測定信号V_NIの温度特性に
応じて温度補償回路部Y_Nの温度係数を非常に容易に合わ
し込むことができる、という大きな利点がある。

なお、このような二次的な利点を求めない場合には、
前記第１抵抗器R_1Nを省略しも差し支え無く、むしろ、
所要の抵抗値を定めるための設計計算をより一層簡単に
するために省略する方が望ましいと言える。

第４図（イ），（ロ）は、夫々、前記温度−パルス幅
変換回路部Ｘの変形例を示している。

先に説明した第２図における温度−パルス幅変換回路
部Ｘにおいては、測温回路部分１により温度に対応した
電圧V_Tを生成し、その電圧V_Tを電圧−パルス幅変換器２
へ供給して温度に対応したデューティ比Ｄ（Ｔ）を有す
るパルス幅信号V_Pを得る、という言わば開ループ構成の
ものを示したが、これらの変形例にかかるものは下記の
ような閉ループ構成とされている。

即ち、第４図（イ）に示した温度−パルス幅変換回路
部Ｘは、第１基準電圧V₁を第１抵抗器R_iと第２抵抗器R
_iiとで分圧してオペアンプＡの非反転入力端子に加え、
かつ、前記第１基準電圧V₁を前記第１抵抗器R_iに対して
並列に設けられた第３抵抗器R_iiiを通してオペアンプＡ
の反転入力端子に加えると共に、そのオペアンプＡの出
力をコンデンサーＣを通して反転入力端子に加える積分
回路を構成し、その積分回路からの出力電圧Ｖに対応し
たデューティ比Ｄ（Ｔ）を有するパルス幅信号V_Pを生成
する電圧−パルス幅変換器２（その構成は前述したもの
と同様である）を設けると共に、その電圧−パルス幅変
換器２からフィードバック供給されるパルス幅信号V_Pに
より切換作動するアナログスイッチ等のスイッチング素
子で構成される切換手段Ｓを設けて、前記第１基準電圧
V₁を分圧用抵抗器R₁,R₂で分圧した電圧_１′と、第２基
準電圧V₂（この例では接地電圧＝０としている）とを、
第４抵抗器R_ivを通して断続的に前記オペアンプＡの反
転入力端子に加えるように構成し、そして、前記第１〜
第４抵抗器R_i〜R_ivのうちのひとつ（この例では第４抵
抗器R_iv）をサーミスターなどの感温素子R_Tで構成した
ものである。なお、前記切換手段Ｓは、この例では、電
圧−パルス幅変換器２からフィードバック供給されるパ
ルス幅信号V_PがHighのときに前記第１基準電圧V₁の分圧
電圧V₁′を感温素子R_Tへ接続し、パルス幅信号V_PがLow
のときに第２基準電圧V₂（接地電圧＝０）を感温素子R_T
へ接続する切換特性を有するように設定されている。

上記のように構成された温度−パルス幅変換回路部Ｘ
の下記のように動作する。

いま、温度Ｔが高くなって感温素子R_Tの抵抗値が増加
すると、オペアンプＡの反転入力端子へ流入する電流は
減少して、オペアンプＡの出力電圧Ｖは正の方向に増加
するため、電圧−パルス幅変換器２から出力されてフィ
ードバック供給されるパルス幅信号V_PのHigh期間幅t₁は
長くなって、切換手段Ｓから感温素子R_Tへ供給される平
均電圧は増加することになり（第１基準電圧V₁の分圧電
圧V₁′の供給期間が長くなる一方、第２基準電圧V₂（接
地電圧＝０）の供給期間が短くなるため）、従って、オ
ペアンプＡの反転入力端子へ流入する電流は増加するこ
ととなって、その出力電圧Ｖは減少する方向に向かい、
やがて、オペアンプＡの反転入力端子へ流入する電流が
０になり、オペアンプＡからの出力電圧Ｖおよび電圧−
パルス幅変換器２から出力されるパルス幅信号V_Pが一定
の値となる安定状態に落ち着く。温度Ｔが低下して感温
素子R_Tの抵抗値が減少する場合も上記したとは逆の動作
を経てから安定状態に落ち着く。

そして、その安定状態においては、が成立するから、｛ただし、Ｋ＝V₁′/V₁（分圧比：一定）｝となる。

この式において、R_i,R_ii,R_iiiの抵抗値および分圧
比Ｋ（＝V₁′/V₁）は何れも一定であるから、電圧−パ
ルス幅変換器２から出力されるパルス幅信号V_Pのデュー
ティ比Ｄ（Ｔ）は、R_ivつまり感温素子R_Tの抵抗値に比
例し、従って、温度Ｔに比例することが明らかである。
また、この式から判るように、上記構成による温度−
パルス幅変換回路部Ｘによれば、パルス幅信号V_Pのデュ
ーティ比Ｄ（Ｔ）は、第１基準電圧V₁自体には（それ単
独では）影響を受けず、また、電圧−パルス幅変換器２
自体の特性による影響も受けないから、たとえ第１基準
電圧V₁が変動しても、また、電圧−パルス幅変換器２と
して直線性や安定性に劣る安価なものを使用したとして
も、上記したようなフィードバック構成によるオペアン
プＡの補償作用によって、十分に精度の良い温度−パル
ス幅変換機能を確保することができる。

第４図（ロ）は、上記第４図（イ）に示した温度−パ
ルス幅変換回路部Ｘにおける分圧用抵抗器R₁,R₂を省略
して、第１基準電圧V₁自体を切換手段Ｓへ供給するよう
に構成すると共に、第３抵抗器R_iiiを感温素子R_Tおよび
直線性改善用抵抗器R_iii′で構成したものである。その
他の構成および作用は、上記第４図（イ）に示したもの
と基本的に同様であるから、同じ機能を有する部材に同
じ参照符号を付することによりそれについての説明は省
略する。

〔発明の効果〕以上説明したように、本発明においては、複数の測定
信号に対してそれぞれ温度補償を行う場合であっても、
それぞれの測定信号に対して１個ずつ設けられる温度補
償回路部の全てにおいて、ただ１個の温度−パルス幅変
換回路部によって生成されたパルス幅信号を共用できる
ように構成されていると共に、各温度補償回路部は、分
圧手段を構成する抵抗器および切換手段を構成するスイ
ッチング素子の組合せからなると云った極めて簡素に構
成され、高価なオペアンプは全く使用されてない。

従って、この種の温度補償回路における部品点数が大
幅に低減され、構造の簡素化および小型化が促進される
と共に、製造コストが大幅に低減される。

そして、各測定信号の温度特性およびその極性に応じ
た温度補償回路部の設計を極めて簡単に行うことがで
き、しかも、各温度補償回路部には、周囲温度の影響に
よる温度ドリフトなどの誤差を生じやすいオペアンプを
用いないため、温度補償精度を、従来のこの種の温度補
償回路に比して格段に向上させることができたのであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る温度補償回路の基本的な回路構成
図（クレーム対応図）を示している。また、第２図ないし第４図は本発明に係る温度補償回路
の具体的な実施例を説明するためのものであって、第２
図は全体回路構成図、第３図は要部の特性（パルス信
号）の一設定例を示すグラフであり、そして、第４図
（イ），（ロ）は夫々要部の変形例を示す回路構成図で
ある。また、第５図（イ），（ロ）は、本発明の技術的背景な
らびに従来技術の問題点を説明するためのものであっ
て、夫々、従来の温度補償回路の概略回路構成図を示し
ている。 R_T……感温素子、Ｔ……温度、Ｄ（Ｔ）……デューティ
比、t₀……パルス繰返し周期、t₁……High期間幅、t₂…
…Low期間幅、V_P……パルス幅信号、Ｘ……温度−パル
ス幅変換回路部、I_N……入力端子、V_NI……測定信号、V
_NO……温度補償処理済みの（出力）測定信号、O_N……出
力端子、Y_N……温度補償回路部、V_NB……大きい方の分
圧信号、V_NS……小さい方の分圧信号、C_N……分圧手
段、D_N……切換手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井ノ上哲志京都府京都市南区吉祥院宮ノ東町２番地株式会社堀場製作所内 (56)参考文献実開昭62−53356（ＪＰ，Ｕ) 特公昭53−4425（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】感温素子による検出温度に応じてデューテ
ィ比が変化するパルス幅信号を発振するように構成され
た１個の温度−パルス幅変換回路と、この温度−パルス
幅変換回路部から供給されるパルス幅信号のデューティ
比に基づいて、入力端子より入力された測定信号に対す
る温度補償処理を施した測定信号を出力端子より出力す
るように構成された少なくとも１個の温度補償回路部と
を備えた温度補償回路において、前記温度補償回路部が
前記入力端子より入力される測定信号を大小の信号に分
圧して出力する複数の抵抗器からなる分圧手段と、この
分圧手段から供給される大小の分圧信号を前記温度−パ
ルス幅変換回路部から供給されるパルス幅信号のHigh/L
owの変化に応じて交互に前記出力端子に出力させる切換
え手段とからなり、前記入力端子より入力される測定信
号に対する平均の分圧比を温度によって変えるようにし
てあることを特徴とする温度補償回路。