JP2654798B2 - 沸騰点検出方法 - Google Patents
沸騰点検出方法Info
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- JP2654798B2 JP2654798B2 JP5795388A JP5795388A JP2654798B2 JP 2654798 B2 JP2654798 B2 JP 2654798B2 JP 5795388 A JP5795388 A JP 5795388A JP 5795388 A JP5795388 A JP 5795388A JP 2654798 B2 JP2654798 B2 JP 2654798B2
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- boiling point
- temperature
- liquid
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は、ボイラーやジャーポット等に用いられる沸
騰点検出方法に関する。 （従来の技術） 従来、液体加熱装置は一般に、第４図に示すように液
槽の一部に設置された温度センサー３からの信号が、A/
D変換器内蔵のマイクロ・コンピューターを中心にリレ
ー等から構成された温度制御器５に入力され、得られた
出力によってヒーター４が通電され、液槽１中の液体２
が加熱される。 このような液体加熱装置の沸騰点検出方法は、第５図
に示す如く、温度センサーの温度が所定の温度を越える
と、一定温度ΔＴだけ上昇するのに要する時間を測定し
沸騰点検出の測定を開始する。即ち同図に於いて、沸騰
点よりずっと低い温度では一定温度ΔＴ上昇するのに要
する時間t1,t2,……tnは短いが、沸騰点に近づくと所要
時間はtbと長くなり、その時間的変化から沸騰点を検出
する謂ゆる単純な差分形の検出方法である。 本来、このような液体加熱装置に於ける液体温度の上
昇過程は、第６図に示すように、液量によって温度セン
サーから得られる電圧の上昇率と沸騰点を与える電圧
B1,B2,B3が異なるので、前記差分形の沸騰点検出方法は
簡単な方法ではあるが次のような欠点を有する。 （１）沸騰前の温度上昇率から液量を知り、予め用意さ
れた沸騰後の温度上昇率の表の中から該当するものを選
び、沸騰点の基準値として設定し、沸騰点の検出を行う
ので（特願昭62−124816）、ソフト・ウェアが複雑にな
り且つ一品一様なので汎用性がない。 （２）水量が少なく電源電圧が高くなった場合や、対流
や撹拌等により温度リップルが大きい場合は、沸騰点検
出まで標準状態の２倍以上の時間を要する。 （３）水量が多く電源電圧が低くなった場合や、液槽の
保温状態が悪い場合、或いは温度センサーの応答時間が
遅く、感度が低い場合等は、沸騰点以下で沸騰と誤判定
してしまう。このように単純な差分形の沸騰点検出方法
は、経済的にも性能面でも十分とは言えない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、動作条件によらず汎用性があり、正確な沸
騰点検出を短時間で行う経済的方法を提供することにあ
る。 （問題点を解決する為の手段） 前記目的を達成するために、本発明による沸騰点検出
方法は、液体加熱装置に於いて、単位時間ごとに温度セ
ンサーから得られる液体の隣接する温度信号に関する２
乗以上のべき乗の差分値が、最大値を示す時点を沸騰点
として検出することを特徴とするものである。 （実施例） 以下、図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。 本実施例では液体加熱装置として身近な沸騰型ジャー
・ポットを用いて説明する。 第４図に於ける温度センサー３と温度制御器５の構成
を第１図に示す。第１図に於いて、温度センサー３はＢ
定数4330K,R（200℃）＝0.62kΩのサーミスタであり、R
1＝7.26kΩ,Vcc＝5Vである。６はオペアンプによる増幅
器であり、ゲインは３倍とした。７は８ビットA/D変換
器内蔵のマイクロ・コンピューター、８は接点容量10A
のリレーである。又、第４図に於いて、ジャー・ポット
の使用できる容積は0.3〜2.4のものを使い、ヒーター
は700Wのマイカ・ヒーターである。 まず、水量を0.3とし加熱をスタートさせ温度変化
の様子をマイクロ・コンピューターにより次のように計
算させる。 Δ（ｎ）＝Ｖ（ｎ）−Ｖ（ｎ−１） （差分） Δ（ｎ）２＝Ｖ（ｎ）２−Ｖ（ｎ−１）２ （２乗の差分） 但し、Ｖ（ｎ）,V（ｎ−１）は時間ｔ（ｎ）,t（ｎ−
１）に於ける水温相当の入力電圧であり、サンプリング
間隔
騰点検出方法に関する。 （従来の技術） 従来、液体加熱装置は一般に、第４図に示すように液
槽の一部に設置された温度センサー３からの信号が、A/
D変換器内蔵のマイクロ・コンピューターを中心にリレ
ー等から構成された温度制御器５に入力され、得られた
出力によってヒーター４が通電され、液槽１中の液体２
が加熱される。 このような液体加熱装置の沸騰点検出方法は、第５図
に示す如く、温度センサーの温度が所定の温度を越える
と、一定温度ΔＴだけ上昇するのに要する時間を測定し
沸騰点検出の測定を開始する。即ち同図に於いて、沸騰
点よりずっと低い温度では一定温度ΔＴ上昇するのに要
する時間t1,t2,……tnは短いが、沸騰点に近づくと所要
時間はtbと長くなり、その時間的変化から沸騰点を検出
する謂ゆる単純な差分形の検出方法である。 本来、このような液体加熱装置に於ける液体温度の上
昇過程は、第６図に示すように、液量によって温度セン
サーから得られる電圧の上昇率と沸騰点を与える電圧
B1,B2,B3が異なるので、前記差分形の沸騰点検出方法は
簡単な方法ではあるが次のような欠点を有する。 （１）沸騰前の温度上昇率から液量を知り、予め用意さ
れた沸騰後の温度上昇率の表の中から該当するものを選
び、沸騰点の基準値として設定し、沸騰点の検出を行う
ので（特願昭62−124816）、ソフト・ウェアが複雑にな
り且つ一品一様なので汎用性がない。 （２）水量が少なく電源電圧が高くなった場合や、対流
や撹拌等により温度リップルが大きい場合は、沸騰点検
出まで標準状態の２倍以上の時間を要する。 （３）水量が多く電源電圧が低くなった場合や、液槽の
保温状態が悪い場合、或いは温度センサーの応答時間が
遅く、感度が低い場合等は、沸騰点以下で沸騰と誤判定
してしまう。このように単純な差分形の沸騰点検出方法
は、経済的にも性能面でも十分とは言えない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明は、動作条件によらず汎用性があり、正確な沸
騰点検出を短時間で行う経済的方法を提供することにあ
る。 （問題点を解決する為の手段） 前記目的を達成するために、本発明による沸騰点検出
方法は、液体加熱装置に於いて、単位時間ごとに温度セ
ンサーから得られる液体の隣接する温度信号に関する２
乗以上のべき乗の差分値が、最大値を示す時点を沸騰点
として検出することを特徴とするものである。 （実施例） 以下、図面を参照して本発明を更に詳しく説明する。 本実施例では液体加熱装置として身近な沸騰型ジャー
・ポットを用いて説明する。 第４図に於ける温度センサー３と温度制御器５の構成
を第１図に示す。第１図に於いて、温度センサー３はＢ
定数4330K,R（200℃）＝0.62kΩのサーミスタであり、R
1＝7.26kΩ,Vcc＝5Vである。６はオペアンプによる増幅
器であり、ゲインは３倍とした。７は８ビットA/D変換
器内蔵のマイクロ・コンピューター、８は接点容量10A
のリレーである。又、第４図に於いて、ジャー・ポット
の使用できる容積は0.3〜2.4のものを使い、ヒーター
は700Wのマイカ・ヒーターである。 まず、水量を0.3とし加熱をスタートさせ温度変化
の様子をマイクロ・コンピューターにより次のように計
算させる。 Δ（ｎ）＝Ｖ（ｎ）−Ｖ（ｎ−１） （差分） Δ（ｎ）２＝Ｖ（ｎ）２−Ｖ（ｎ−１）２ （２乗の差分） 但し、Ｖ（ｎ）,V（ｎ−１）は時間ｔ（ｎ）,t（ｎ−
１）に於ける水温相当の入力電圧であり、サンプリング
間隔
【ｔ（ｎ）−ｔ（ｎ−１）】は10秒とした。沸騰点
付近の水温の変化の様子及びΔ（ｎ），Δ（ｎ）２の様
子を第２図（ａ）（ｂ）に示す。第２図（ｂ）によれば
差分値Δ（ｎ）は沸騰点前から下がり始め、Δ（ｎ）
０で沸騰点と見做すわけである。Δ（ｎ）の変化は大き
いが、真の沸騰点は曖昧であり、Δ（ｎ）が減少し始め
てからの応答時間は約50秒の遅れをもっている。しかし
ながら、Δ（ｎ）２は真の沸騰点付近で最大値を示し、
次のサンプリング点でΔ（ｎ）２−Δ（ｎ＋１）２＞ｅ
となれば容易に沸騰点を検出できるので、応答時間の遅
れは最大２サンプル時間、即ち20秒以内である。ここで
ｅはΔ（ｎ）の減少を表わすのに十分な基準値である。 次に水量を2.4とし、前記と同様な方法で加熱した
様子を第３図（ａ）（ｂ）に示す。第３図（ｂ）によれ
ばΔ（ｎ）の沸騰点付近の変化は緩慢であり、Δ（ｎ）
０を沸騰点としたとき、対流の影響や電源変動等の外
乱があると沸騰点以前に前記状態となってしまう場合が
ある。これに対し、Δ（ｎ）２は大きく明確な最大値を
示し、沸騰点に於いてはΔ（ｎ）２−Δ（ｎ＋１）２＞
ｅを十分満足するので、外乱があっても誤検出の可能性
は極めて少なくなる。尚、本実施例ではA/Dコンバータ
ーの分解能と精度及び外乱を考慮し、20mV/bitの分解能
でｅ＝2bitとした。このように温度上昇電圧の２乗の差
分値は、外乱を除くのに有効な方法であり、対流や撹拌
等により温度リップルが更に大きい場合は、２乗以上の
べき乗の差分値の変化をとらえることによってその影響
を除去できることは明らかである。尚、べき乗の乗数が
整数でない場合も原理的には有効であるが計算が複雑に
なり実用的ではない。本実施例で示した２乗の差分の計
算は、 ［Ｖ（ｎ）＋Ｖ（ｎ−１）］×［Ｖ（ｎ）−Ｖ（ｎ−
１）］ の形に変形でき、加減算とシフト命令で非常に簡単に実
行できるし、又タイマーやカウンターに置き換えても実
行できるのでソフトウェアの負担は著しく軽減される。 又、対象とする液体は水のみならず液体一般について
適用できることも明らかである。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、単位時間ごと
に温度センサーから得られる液体の隣接する温度信号に
関する２乗以上のべき乗の差分値が、最大値を示す時点
を沸騰点として検出することにより、 （１）液量によらず加減算とシフト命令のみの簡単なシ
フト・ウェアで汎用性の高い沸騰点検出ができる。 （２）動作状態によらず正確で早い沸騰点検出が可能と
なる。 （３）外乱による誤検出を極めて少なくすることができ
る等の利点を得ることができる。
付近の水温の変化の様子及びΔ（ｎ），Δ（ｎ）２の様
子を第２図（ａ）（ｂ）に示す。第２図（ｂ）によれば
差分値Δ（ｎ）は沸騰点前から下がり始め、Δ（ｎ）
０で沸騰点と見做すわけである。Δ（ｎ）の変化は大き
いが、真の沸騰点は曖昧であり、Δ（ｎ）が減少し始め
てからの応答時間は約50秒の遅れをもっている。しかし
ながら、Δ（ｎ）２は真の沸騰点付近で最大値を示し、
次のサンプリング点でΔ（ｎ）２−Δ（ｎ＋１）２＞ｅ
となれば容易に沸騰点を検出できるので、応答時間の遅
れは最大２サンプル時間、即ち20秒以内である。ここで
ｅはΔ（ｎ）の減少を表わすのに十分な基準値である。 次に水量を2.4とし、前記と同様な方法で加熱した
様子を第３図（ａ）（ｂ）に示す。第３図（ｂ）によれ
ばΔ（ｎ）の沸騰点付近の変化は緩慢であり、Δ（ｎ）
０を沸騰点としたとき、対流の影響や電源変動等の外
乱があると沸騰点以前に前記状態となってしまう場合が
ある。これに対し、Δ（ｎ）２は大きく明確な最大値を
示し、沸騰点に於いてはΔ（ｎ）２−Δ（ｎ＋１）２＞
ｅを十分満足するので、外乱があっても誤検出の可能性
は極めて少なくなる。尚、本実施例ではA/Dコンバータ
ーの分解能と精度及び外乱を考慮し、20mV/bitの分解能
でｅ＝2bitとした。このように温度上昇電圧の２乗の差
分値は、外乱を除くのに有効な方法であり、対流や撹拌
等により温度リップルが更に大きい場合は、２乗以上の
べき乗の差分値の変化をとらえることによってその影響
を除去できることは明らかである。尚、べき乗の乗数が
整数でない場合も原理的には有効であるが計算が複雑に
なり実用的ではない。本実施例で示した２乗の差分の計
算は、 ［Ｖ（ｎ）＋Ｖ（ｎ−１）］×［Ｖ（ｎ）−Ｖ（ｎ−
１）］ の形に変形でき、加減算とシフト命令で非常に簡単に実
行できるし、又タイマーやカウンターに置き換えても実
行できるのでソフトウェアの負担は著しく軽減される。 又、対象とする液体は水のみならず液体一般について
適用できることも明らかである。 （発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、単位時間ごと
に温度センサーから得られる液体の隣接する温度信号に
関する２乗以上のべき乗の差分値が、最大値を示す時点
を沸騰点として検出することにより、 （１）液量によらず加減算とシフト命令のみの簡単なシ
フト・ウェアで汎用性の高い沸騰点検出ができる。 （２）動作状態によらず正確で早い沸騰点検出が可能と
なる。 （３）外乱による誤検出を極めて少なくすることができ
る等の利点を得ることができる。
第１図は本発明の一実施例を示す要部回路構成図、第２
図（ａ）（ｂ）は水量0.3の場合における沸騰点付近
の水温の変化の様子及びΔ（ｎ），Δ（ｎ）２の様子を
示したグラフ、第３図（ａ）（ｂ）は水量2.4の場合
における沸騰点付近の水温の変化の様子及びΔ（ｎ），
Δ（ｎ）２の様子を増幅器の出力として示したグラフ、
第４図は液体加熱装置の沸騰点検出方法説明図、第５図
は従来の沸騰点検出方法における検出温度と時間との関
係を示すグラフ、第６図は従来の沸騰点検出方法におけ
る検出温度と出力電圧の関係を示すグラフである。 １……液槽、２……液体 ３……温度センサー、４……ヒーター ５……温度制御器、６……増幅器 ７……マイクロ・コンピューター ８……リレー
図（ａ）（ｂ）は水量0.3の場合における沸騰点付近
の水温の変化の様子及びΔ（ｎ），Δ（ｎ）２の様子を
示したグラフ、第３図（ａ）（ｂ）は水量2.4の場合
における沸騰点付近の水温の変化の様子及びΔ（ｎ），
Δ（ｎ）２の様子を増幅器の出力として示したグラフ、
第４図は液体加熱装置の沸騰点検出方法説明図、第５図
は従来の沸騰点検出方法における検出温度と時間との関
係を示すグラフ、第６図は従来の沸騰点検出方法におけ
る検出温度と出力電圧の関係を示すグラフである。 １……液槽、２……液体 ３……温度センサー、４……ヒーター ５……温度制御器、６……増幅器 ７……マイクロ・コンピューター ８……リレー
Claims (1)
- 【請求項１】液体加熱装置に於いて、単位時間ごとに温
度センサーから得られる液体の隣接する温度信号に関す
る２乗以上のべき乗の差分値が、最大値を示す時点を沸
騰点として検出することを特徴とする沸騰点検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5795388A JP2654798B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 沸騰点検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5795388A JP2654798B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 沸騰点検出方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01232243A JPH01232243A (ja) | 1989-09-18 |
| JP2654798B2 true JP2654798B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=13070394
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5795388A Expired - Lifetime JP2654798B2 (ja) | 1988-03-11 | 1988-03-11 | 沸騰点検出方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2654798B2 (ja) |
-
1988
- 1988-03-11 JP JP5795388A patent/JP2654798B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01232243A (ja) | 1989-09-18 |
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