JP2880799B2 - 冷接点補償付き熱電対トランスミッタ - Google Patents
冷接点補償付き熱電対トランスミッタInfo
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- JP2880799B2 JP2880799B2 JP2507241A JP50724190A JP2880799B2 JP 2880799 B2 JP2880799 B2 JP 2880799B2 JP 2507241 A JP2507241 A JP 2507241A JP 50724190 A JP50724190 A JP 50724190A JP 2880799 B2 JP2880799 B2 JP 2880799B2
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- Japan
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- converter
- temperature
- signal
- thermocouple
- transmitter
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
- G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
- G01K7/10—Arrangements for compensating for auxiliary variables, e.g. length of lead
- G01K7/12—Arrangements with respect to the cold junction, e.g. preventing influence of temperature of surrounding air
- G01K7/13—Circuits for cold-junction compensation
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Control Of Combustion (AREA)
- Transmitters (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、温度に応答した出力信号を発生することに
係り、特に熱電対からの入力信号に基づいて出力信号を
発生するトランスミッタ用の冷接点補償に関するもので
ある。
係り、特に熱電対からの入力信号に基づいて出力信号を
発生するトランスミッタ用の冷接点補償に関するもので
ある。
2.従来の技術 従来技術のトランスミッタにおける冷接点補償は、冷
接点電極（terminals）に温度測定用抵抗を熱的に結合
することによって行われていた。各接点と測定用抵抗と
の間には熱抵抗が存在する。各電極の周囲に急激な温度
変化が起こると、接点と測定用抵抗との間にの一時的な
温度差が、冷接点補償に一時的な誤差を引き起こす。こ
の誤差を解消するための各種の技術が提案されており、
例えば、冷接点電極および測定用抵抗の周囲に大きな熱
容量物質を配置したり、またキールブ（kielb）の米国
特許第4623266号に開示されたように、測定用抵抗の過
渡的な熱応答性を冷接点の過渡的な熱応答性と一致させ
るために、測定用抵抗に熱容量を付加する技術が提案さ
れている。
接点電極（terminals）に温度測定用抵抗を熱的に結合
することによって行われていた。各接点と測定用抵抗と
の間には熱抵抗が存在する。各電極の周囲に急激な温度
変化が起こると、接点と測定用抵抗との間にの一時的な
温度差が、冷接点補償に一時的な誤差を引き起こす。こ
の誤差を解消するための各種の技術が提案されており、
例えば、冷接点電極および測定用抵抗の周囲に大きな熱
容量物質を配置したり、またキールブ（kielb）の米国
特許第4623266号に開示されたように、測定用抵抗の過
渡的な熱応答性を冷接点の過渡的な熱応答性と一致させ
るために、測定用抵抗に熱容量を付加する技術が提案さ
れている。
しかしながら、熱容量を付加することによる過渡的な
熱応答性の改善は、装置の大型化、重量アップおよびコ
ストアップを招くので望ましくない。熱電対変換回路の
小型化および測定精度向上の面での進歩が達成するにつ
れて、これら従来技術の構成は、トランスミッタの大き
さおよび温度変換精度に大きな制限を強いるものとなっ
た。
熱応答性の改善は、装置の大型化、重量アップおよびコ
ストアップを招くので望ましくない。熱電対変換回路の
小型化および測定精度向上の面での進歩が達成するにつ
れて、これら従来技術の構成は、トランスミッタの大き
さおよび温度変換精度に大きな制限を強いるものとなっ
た。
したがって、変換精度を改善して更に進歩させるため
には、熱電対電極の精度向上と小型化とを達成する必要
がある。熱電対電極が小さくなければ、それにより、ト
ランスミッタ・ハウジングの小型化も達成される。
には、熱電対電極の精度向上と小型化とを達成する必要
がある。熱電対電極が小さくなければ、それにより、ト
ランスミッタ・ハウジングの小型化も達成される。
発明の要約 本発明では、冷接点補償の改良は、熱電対電極間の冷
接点抵抗を不要にすることにより達成される。
接点抵抗を不要にすることにより達成される。
トランスミッタは、主熱電対からの熱電対リード間の
電位に基づいて、温度を表わす出力信号を発生する。ト
ランスミッタは、その内部を第１および第２の空間部に
分割する隔壁を貫通して伸びた電極を有するハウジング
を備えている。各電極は、電極冷接点を形成するために
第１の空間内において熱電対リードに接続されている。
変換器は、第２の空間内において各電極に接続された複
数の変換器リードを有している。
電位に基づいて、温度を表わす出力信号を発生する。ト
ランスミッタは、その内部を第１および第２の空間部に
分割する隔壁を貫通して伸びた電極を有するハウジング
を備えている。各電極は、電極冷接点を形成するために
第１の空間内において熱電対リードに接続されている。
変換器は、第２の空間内において各電極に接続された複
数の変換器リードを有している。
分離した別個の導電体は第１の電極に接続された第１
の端部および変換器に接続された第２の端部を有すると
共に、補正用熱電対を形成するように選択された材質で
作られている。補正用熱電対は、電極温度と変換器温度
との差に応答した第１の補正信号を供給する。変換器
は、主熱電対の電位および冷接点電極の電位を代表する
組合せ（加算）信号を計測する。計測手段は、変換器の
温度に応答した変換器温度信号を供給する。変換器は、
変換器温度信号、第１の補正信号、および組合せ信号の
関数である出力信号を供給する。
の端部および変換器に接続された第２の端部を有すると
共に、補正用熱電対を形成するように選択された材質で
作られている。補正用熱電対は、電極温度と変換器温度
との差に応答した第１の補正信号を供給する。変換器
は、主熱電対の電位および冷接点電極の電位を代表する
組合せ（加算）信号を計測する。計測手段は、変換器の
温度に応答した変換器温度信号を供給する。変換器は、
変換器温度信号、第１の補正信号、および組合せ信号の
関数である出力信号を供給する。
図面の簡単な説明 図１は、本発明の主熱電対およびトランスミッタのブ
ロック図である。
ロック図である。
図２は、本発明の典型的なトランスミッタおよび主熱
電対の簡素化した概略図である。
電対の簡素化した概略図である。
図３も、本発明の典型的なトランスミッタおよび主熱
電対の簡素化した概略図である。
電対の簡素化した概略図である。
発明の詳細な説明 図１は、本発明のトランスミッタ10および主熱電対12
のブロック図である。トランスミッタ10は冷接点５、変
換器温度センサ６、導電体C1および変換器24を具備して
いる。トランスミッタ10は、さらに第１の空間部14およ
び第２の空間部16に分割されている。
のブロック図である。トランスミッタ10は冷接点５、変
換器温度センサ６、導電体C1および変換器24を具備して
いる。トランスミッタ10は、さらに第１の空間部14およ
び第２の空間部16に分割されている。
主熱電対12は、主熱電対12と冷接点５との間の温度差
を示す、電位依存性の温度信号を冷接点５に供給する。
この温度信号は変換器24へ供給される。
を示す、電位依存性の温度信号を冷接点５に供給する。
この温度信号は変換器24へ供給される。
導電体C1は冷接点５に接続されて接点（junction）を
形成し、この接点は冷接点５と変換器24との間の温度差
を示す温度補正信号を変換器24に供給する補正用熱電対
を構成する。さらに、変換器温度センサ６は変換器24上
に配置され、変換器24の温度を表す温度信号を変換器24
へ供給する。
形成し、この接点は冷接点５と変換器24との間の温度差
を示す温度補正信号を変換器24に供給する補正用熱電対
を構成する。さらに、変換器温度センサ６は変換器24上
に配置され、変換器24の温度を表す温度信号を変換器24
へ供給する。
主熱電対12、変換器温度センサ６および導電体C1によ
って構成された補正用熱電対から供給された温度信号に
基づいて、変換器24は、主熱電対12における温度を表す
冷接点補償出力信号を発生する。
って構成された補正用熱電対から供給された温度信号に
基づいて、変換器24は、主熱電対12における温度を表す
冷接点補償出力信号を発生する。
図２は、トランスミッタ10および主熱電対12の簡素化
した概略図である。主熱電対12は、主熱電対接点J1を構
成するための熱電対リードL1、L2を具備している。トラ
ンスミッタ10は、第１の空間部14および第２の空間部16
を具備している。空間部14、16は隔壁18によって仕切ら
れている。
した概略図である。主熱電対12は、主熱電対接点J1を構
成するための熱電対リードL1、L2を具備している。トラ
ンスミッタ10は、第１の空間部14および第２の空間部16
を具備している。空間部14、16は隔壁18によって仕切ら
れている。
主熱電対12のリードL1、L2は、第１の空間部14内にお
いて、冷接点電極（端子）20、22に接続されている。熱
電対リードL1、L2は、一般的には、電極20、22とは異な
った金属によって構成されている。したがって、冷接点
J2、J3は、リードL1、L2が電極20、22と接続される箇所
に形成される。
いて、冷接点電極（端子）20、22に接続されている。熱
電対リードL1、L2は、一般的には、電極20、22とは異な
った金属によって構成されている。したがって、冷接点
J2、J3は、リードL1、L2が電極20、22と接続される箇所
に形成される。
電極20、22は、隔壁18を介して空間部16に達してい
る。本実施例では、空間部16内に、接点J5と温度センサ
６とを含んだ変換器24が設けられている。温度センサ６
は抵抗センサ26および電流センサ28によって構成され
る。さらに、変換器24は、マルチプレクサ30、A/D変換
器32、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34、および
出力回路36を含んでいる。
る。本実施例では、空間部16内に、接点J5と温度センサ
６とを含んだ変換器24が設けられている。温度センサ６
は抵抗センサ26および電流センサ28によって構成され
る。さらに、変換器24は、マルチプレクサ30、A/D変換
器32、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34、および
出力回路36を含んでいる。
変換器リードL3、L4は、それぞれ電極20、22に接続さ
れている。さらに、変換器リードL3、L4は、マルチプレ
クサの入力端子I2、I4、I6に接続されている。この例で
は、接点J1、J2、J3は変換器24に直接接続されている。
したがって、マルチプレクサの入力端子I2、I4間に表れ
る信号は、接点J1、J2、J3の電位の加算値になる。
れている。さらに、変換器リードL3、L4は、マルチプレ
クサの入力端子I2、I4、I6に接続されている。この例で
は、接点J1、J2、J3は変換器24に直接接続されている。
したがって、マルチプレクサの入力端子I2、I4間に表れ
る信号は、接点J1、J2、J3の電位の加算値になる。
冷接点を補償するために、導電体C1は電極22や変換器
リードL5とは異なった金属によって形成され、電極22と
変換気リードL5との間に接続されている。したがって、
接点J4、J5によって補正用熱電対が構成される。この結
果、電極22は、接点J1、J2、J3よりなる熱電対回路内の
冷接点の一部であるのみならず、熱電対接点J4、J5を含
んだ補正用熱電対回路の一部となる。
リードL5とは異なった金属によって形成され、電極22と
変換気リードL5との間に接続されている。したがって、
接点J4、J5によって補正用熱電対が構成される。この結
果、電極22は、接点J1、J2、J3よりなる熱電対回路内の
冷接点の一部であるのみならず、熱電対接点J4、J5を含
んだ補正用熱電対回路の一部となる。
接点J4の温度は冷接点J2、J3の温度とほぼ正確に一致
している。したがって、補正用熱電対は実質上、変換器
24の温度と冷接点J2、J3の温度との差を測定することに
なる。この温度差は、マルチプレクサの入力端子I6、I8
間の補正用電位としてマルチプレクサ30へ供給される。
している。したがって、補正用熱電対は実質上、変換器
24の温度と冷接点J2、J3の温度との差を測定することに
なる。この温度差は、マルチプレクサの入力端子I6、I8
間の補正用電位としてマルチプレクサ30へ供給される。
抵抗センサ26は、空間部14内の熱的な過渡変動から緩
衝あるいは絶縁された空間部16に配置されている。抵抗
センサ26は、電流源28と共に、マルチプレクサの入力端
子I10、I12間の電位として表わされる変換器温度信号を
変換器24へ供給する。変換器温度信号は変換器24の温度
を表す。変換器24の温度を測定する他のいかなる手段
も、それが十分に正確であれば、抵抗センサ26の代わり
に用いられることは明らかである。
衝あるいは絶縁された空間部16に配置されている。抵抗
センサ26は、電流源28と共に、マルチプレクサの入力端
子I10、I12間の電位として表わされる変換器温度信号を
変換器24へ供給する。変換器温度信号は変換器24の温度
を表す。変換器24の温度を測定する他のいかなる手段
も、それが十分に正確であれば、抵抗センサ26の代わり
に用いられることは明らかである。
冷接点補償は、マルチプレクサの入力端子I6、I8間に
表れる補正用熱電対の入力からの補正信号と、マルチプ
レクサの入力端子I10、I12間に表れる変換器温度信号と
を組合せることにより得られる。これらの入力信号の組
合せに基づいて、マイクロプロセッサ駆動コントローラ
34は、計算された冷接点電位とほぼ同じ補正定数を算出
する。補正定数は、マイクロプロセッサ駆動コントロー
ラ34により、冷接点温度としてマルチプレクサの入力端
子I2、I4間に表れた組合せ温度信号を補償するために利
用される。
表れる補正用熱電対の入力からの補正信号と、マルチプ
レクサの入力端子I10、I12間に表れる変換器温度信号と
を組合せることにより得られる。これらの入力信号の組
合せに基づいて、マイクロプロセッサ駆動コントローラ
34は、計算された冷接点電位とほぼ同じ補正定数を算出
する。補正定数は、マイクロプロセッサ駆動コントロー
ラ34により、冷接点温度としてマルチプレクサの入力端
子I2、I4間に表れた組合せ温度信号を補償するために利
用される。
補償された信号（本実施例では電位）の値は、一般的
には、主熱電対12の接点J1の温度を代表する出力を計算
するために、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34に
より、参照テーブルあるいは多項式に登録される。
には、主熱電対12の接点J1の温度を代表する出力を計算
するために、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34に
より、参照テーブルあるいは多項式に登録される。
通常、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34は、選
択された一組のマルチプレクサの入力端子がA/D変換器3
2に接続されるように、マルチプレクサ30を制御する。A
/D変換器32は、熱電対や温度センサの信号をデジタル信
号に変換してマイクロプロセッサ駆動コントローラ34へ
出力する。マイクロプロセッサ駆動コントローラ34は、
（上記した）これらの入力信号に基づいて、今度は、主
熱電対12の接点J1の温度に対応した出力信号を発生する
出力回路36へ制御信号を供給する。図２に示した実施例
では、出力信号は、電流回路38で発生する４−20ミリア
ンペアの信号である。
択された一組のマルチプレクサの入力端子がA/D変換器3
2に接続されるように、マルチプレクサ30を制御する。A
/D変換器32は、熱電対や温度センサの信号をデジタル信
号に変換してマイクロプロセッサ駆動コントローラ34へ
出力する。マイクロプロセッサ駆動コントローラ34は、
（上記した）これらの入力信号に基づいて、今度は、主
熱電対12の接点J1の温度に対応した出力信号を発生する
出力回路36へ制御信号を供給する。図２に示した実施例
では、出力信号は、電流回路38で発生する４−20ミリア
ンペアの信号である。
図２に示した実施例は、接点J2およびJ3の温度が正確
に一致しているときに有効である。ある場合には、電極
20、22が異なった温度を示す。このような場合、図３に
示したような、さらに正確な補償を実現するための第２
の補正用熱電対回路が電極20に付加される。
に一致しているときに有効である。ある場合には、電極
20、22が異なった温度を示す。このような場合、図３に
示したような、さらに正確な補償を実現するための第２
の補正用熱電対回路が電極20に付加される。
図３は、トランスミッタ10および主熱電対12の概略図
である。これは、導電体C2、導電体リードL6、およびマ
ルチプレクサの入力端子I14、I16が付加された点を除い
て、前記図１、２示した実施例と同一である。上記した
第１の補正用熱電対に関して説明したように、導電体C2
は電極20やリードL6とは異なった材質である。これによ
って、接点J6、J7を具備した第２の補正用熱電対が効果
的に構成され、これが変換器24と電極20との温度差に応
じた第２の補正信号を変換器24へ供給する。
である。これは、導電体C2、導電体リードL6、およびマ
ルチプレクサの入力端子I14、I16が付加された点を除い
て、前記図１、２示した実施例と同一である。上記した
第１の補正用熱電対に関して説明したように、導電体C2
は電極20やリードL6とは異なった材質である。これによ
って、接点J6、J7を具備した第２の補正用熱電対が効果
的に構成され、これが変換器24と電極20との温度差に応
じた第２の補正信号を変換器24へ供給する。
マイクロプロセッサ駆動コントローラ34は、ここで
は、他のマルチプレクサの入力端子に表れる信号のみな
らず、マルチプレクサの入力端子I14、I16間に表れる第
２の補正信号をA/D変換器24に多重送信するようにマル
チプレクサ30を制御する。第２の補正信号もまた、冷接
点温度としてマルチプレクサ30の入力I2、I4間に表れ
た、組合せ（加算）温度信号を補償するために用いられ
る。
は、他のマルチプレクサの入力端子に表れる信号のみな
らず、マルチプレクサの入力端子I14、I16間に表れる第
２の補正信号をA/D変換器24に多重送信するようにマル
チプレクサ30を制御する。第２の補正信号もまた、冷接
点温度としてマルチプレクサ30の入力I2、I4間に表れ
た、組合せ（加算）温度信号を補償するために用いられ
る。
トランスミッタ10は、それから離れて設置された熱電
対12、またはその主要部分として一体構成された熱電対
12と共に作動することが可能である。
対12、またはその主要部分として一体構成された熱電対
12と共に作動することが可能である。
本発明の構成によれば、電極ブロック上に配置された
抵抗を具備した冷接点補償の方法を採用した場合に経験
される温度変動遅れ（ラグ）を、事実上受けることがな
くなる。
抵抗を具備した冷接点補償の方法を採用した場合に経験
される温度変動遅れ（ラグ）を、事実上受けることがな
くなる。
さらに、組合された補正方程式を利用することによ
り、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34が必要とし
ていた計算回数が削減される。これにより、トランスミ
ッタ10の温度変化に対する応答時間が速くなる。。
り、マイクロプロセッサ駆動コントローラ34が必要とし
ていた計算回数が削減される。これにより、トランスミ
ッタ10の温度変化に対する応答時間が速くなる。。
本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、
当業者には明らかなように、本発明の趣旨や特徴から逸
脱しない限り、あらゆる変更が可能である。
当業者には明らかなように、本発明の趣旨や特徴から逸
脱しない限り、あらゆる変更が可能である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01K 7/12
Claims (7)
- 【請求項１】主熱電対からの熱電対リード間に表れる電
位に基づいて温度に応答した出力信号を発生するトラン
スミッタにおいて、 その内部を第１および第２の空間部に分割する隔壁を貫
通して伸び、冷接点を形成するために第１の空間部内に
おいて熱電対リードに接続された第１および第２の電極
を備えたハウジングと、 主熱電対の電位および冷接点の電位を代表する組合せ信
号を測定して出力信号を供給するために、第２の空間部
内において前記各電極を接続された変換器リードを備え
た変換器手段と、 補正用熱電対を構成するように、第１の電極に接続され
た第１の端部および変換器手段に接続された第２の端部
を備え、前記電極の温度と変換器手段の温度との差に応
答した第１の補正信号を供給する導電手段と、 変換器手段の温度に応答した変換器温度信号を供給する
ように、変換器手段上に配置された測定手段とを具備
し、 前記変換器手段は、変換器温度信号、第１の補正信号お
よび組合せ信号を別々に取込み、出力信号を各信号の関
数として供給することを特徴とするトランスミッタ。 - 【請求項２】前記測定手段は、抵抗温度センサをさらに
具備したことを特徴とする請求項１記載のトランスミッ
タ。 - 【請求項３】第２の電極温度と変換器手段の温度との温
度差を示す第２の補正信号を供給する第２の補正用熱電
対を構成するために、第２の電極に接続された第１の端
部および変換器手段に接続された第２の端部を備えた第
２の導電手段をさらに具備したことを特徴とする請求項
１記載のトランスミッタ。 - 【請求項４】前記変換器手段は、変換器温度信号、第１
の補正信号、組合せ信号、および第２の補正信号の関数
として出力信号を供給することを特徴とする請求項３記
載のトランスミッタ。 - 【請求項５】前記主熱電対はトランスミッタから遠隔配
置されたことを特徴とする請求項１記載のトランスミッ
タ。 - 【請求項６】前記主熱電対は、トランスミッタと一体的
に構成されたことを特徴とする請求項１記載のトランス
ミッタ。 - 【請求項７】前記変換器手段は、 補正用熱電対、測定手段、および変換器リードと選択的
に接続されるA/D変換器と、 A/D変換器に接続されたマイクロプロセッサ駆動コント
ローラと、 マイクロプロセッサ駆動コントローラに接続された出力
回路とをさらに具備したことを特徴とする請求項１記載
のトランスミッタ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US359,332 | 1989-05-31 | ||
| US07/359,332 US4936690A (en) | 1989-05-31 | 1989-05-31 | Thermocouple transmitter with cold junction compensation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04505504A JPH04505504A (ja) | 1992-09-24 |
| JP2880799B2 true JP2880799B2 (ja) | 1999-04-12 |
Family
ID=23413370
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2507241A Expired - Lifetime JP2880799B2 (ja) | 1989-05-31 | 1990-04-23 | 冷接点補償付き熱電対トランスミッタ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4936690A (ja) |
| EP (1) | EP0474674B1 (ja) |
| JP (1) | JP2880799B2 (ja) |
| AU (1) | AU637796B2 (ja) |
| BR (1) | BR9007402A (ja) |
| DE (1) | DE69020349T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990015314A1 (ja) |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5130640A (en) * | 1990-06-28 | 1992-07-14 | Tegam, Inc. | Soldering iron testing apparatus |
| DE4030926C1 (ja) * | 1990-09-29 | 1992-04-16 | Heraeus Sensor Gmbh, 6450 Hanau, De | |
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