JP2946907B2 - 温度測定装置 - Google Patents

温度測定装置

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JP2946907B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、測温抵抗体をセンサと
するものであって、プロセスオートメーション等の分野
で用いられる温度測定装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】測温抵抗体は、金属の電気抵抗値が温度
によって変化する性質を利用した温度センサである。特
に白金測温抵抗体は、高精度の温度測定を行うことが可
能であり、JISにより、その性能・特性が規定されて
いる。本明細書で述べる温度測定装置は、このような測
温抵抗体の抵抗値を測定することで、この抵抗値に対応
する温度値を読み取るようにしている。抵抗値Rxの測定
は、測温抵抗体に値の既知な定電流IAを流し、発生する
電圧VAを測定することで、 Rx=VA/IA より、求めている。白金測温抵抗体の場合、抵抗値の測
定のために測温抵抗体へ流す電流は、JISにおいて、
その標準的な大きさが規定電流として定められている。
【0003】図4は、測温抵抗体をセンサとした3線式
の温度測定装置の従来構成例を示す図である。即ち、定
電流源1から図に示す経路で電流IAを流すと、増幅器3
は、 V1=(Rx+rL)・IA の電圧を受ける。rLは、リード13(リード11)の抵抗で
ある。増幅器5は、 V2=rL・IA の電圧を受ける(増幅器3,5の入力インピーダンスは
高いので、電流は測定端子4へ流れ込まない)。そこで
増幅器7にて、 V1−V2=Rx・IA の演算を行い、測温抵抗体で発生した電圧(Rx・IA)を
取り出している。
【0004】プロセスオートメーション等の分野では、
測温抵抗体9と温度測定装置15との間は、しばしば数百
mにおよび落雷を受けることがある。そこで温度測定装
置の破壊を防ぐため、被雷対策が採られている。図5
は、被雷対策を示す構成図であり、バリアと呼ばれるエ
ネルギー制限機器を温度測定装置の入力部へ設けること
で、温度測定装置15にかかるサージ電圧を制限してい
る。図5のバリア17は、ダイオードD1〜D4と3本の抵抗
Rpで構成されている。各ダイオードD1〜D4の順方向飽和
電圧をVfとすると、Vfを越える電圧が加えられても、こ
の電圧Vfにクランプされる。なお、ダイオードD1〜D4と
して、整流器のダイオードでなく、ツェナーダイオード
が用いられる場合もある。なお、バリア17は、過大入力
があった時のみ動作(ダイオードがオン)すべきであ
り、通常の測定時に動作したのでは、測定誤差になる。
従って、通常の測定電圧Vd(図5参照)を低く抑え、ダ
イオードの順方向飽和電圧(クランプ電圧)Vf以下にす
る必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】一般に温度測定装置
は、各種の抵抗値を持つ測温抵抗体が接続されても、温
度を測定できるように設計されている。従って、通常よ
りも高い抵抗値Rxを持つ測温抵抗体9と、低い順方向飽
和電圧Vfのダイオードをもつバリア17の組み合わせもあ
りえ、測定電圧Vdが、クランプ電圧Vfに対し、 Vf<Vd となる場合がある。この場合、温度の計測を行うことが
できないので、測温抵抗体の抵抗値Rxをまず測定し、Rx
・IA<Vf となるような電流値IAを算出して、測定装置
の定電流源1の定数を変更することが行われている。し
かし、電流値の決定や定数の変更作業等は、多くの工数
を必要とするので好ましくない。一方、総ての測定器に
ついて、低い電流値IAを設定しておくことも考えられる
が、測定信号成分が減少するのでS/Nが低下し高精度
測定の妨げになること、規定電流と異なる電流を流すの
でこれも高精度測定の妨げになる等の問題がある。
【0006】本発明の目的は、測温抵抗体にどのような
抵抗値のものが接続されても、バリアの順方向飽和電圧
(クランプ電圧)を越えることがない温度測定装置を提
供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、定電流源と、
測定対象に配置され前記定電流源から電流が加えられる
測温抵抗体と、測温抵抗体と測定端子の間に設けられク
リップ電圧を越える電圧が測定端子間に加わらないよう
に作用するバリアと、測定端子間に加えられた電圧から
前記測温抵抗体の抵抗値を測定することで温度を計測す
る装置において、前記測温抵抗体に流れる電流が導か
れ、抵抗値が既知の抵抗(Rr)と、この抵抗(Rr)の電圧を
測定することで、測温抵抗体に流れる電流を測定する手
段と、を備え、且つ、前記定電流源が、定電流(IA)を出
力するとともに、自己の出力電圧(Vo)が前記バリアのク
リップ電圧(Vf)を越えない値に設定された設定電圧Vma
xに到達すると、出力電圧(Vo)がこの設定電圧Vmaxを越
えないように定電流(IA)の値を自動的に低減させる機能
をもつ定電流源を用いるようにしたものである。
【0008】
【作用】定電流源は、定電流IAを出力するので負荷とし
て接続される測温抵抗体の抵抗値が大きければ、定電流
源の出力電圧Voは、大きくなる。しかし、本発明に使用
する定電流源は、設定電圧Vmaxを持ち、バリアにおけ
るクリップ電圧より大きな電圧を出力することがない。
そして、もし大きな抵抗値の測温抵抗体が接続されるこ
とで、出力電圧が設定された設定電圧Vmaxに到達する
と、出力電圧Voがこの設定電圧Vmaxを越えないように
定電流IAの値を自動的に低減させる機能を持っている。
従って、正常な測定状態では、必ず、バリアのクリップ
電圧を越えない電圧範囲で、測温抵抗体が動作してい
る。しかも、自動的に定電流IAの値を調整できるので、
人手による調整を必要としない。なお、本願の定電流源
は、このように出力電流の値が自動的に変化するので、
抵抗値が既知の抵抗(Rr)とこれの電圧を測定する手段と
で、電流値を把握している。
【0009】
【実施例】図1は本発明に係る温度測定装置の構成例を
示す図、図2は定電流源の出力特性を示す図、図3は本
発明を用いた抵抗値測定装置の構成例を示す図である。
【0010】図1において、30は本発明に係る温度測定
装置であり、測定端子2,4,6にバリア17を介して測温抵
抗体9が接続される。このバリア17の構成は、図5で既
に説明したものと同様である。測温抵抗体9も図4で既
述したものと同様である。本発明では、測温抵抗体9の
抵抗値Rxの値が大きくても、自動的に電流値IAが調整さ
れ、バリア17におけるクリップ電圧をオーバしないよう
に制御している。
【0011】本願の定電流源20は、出力部21と、設定部
23と、比較部25とで構成される。設定部23は、バリア17
におけるクリップ電圧Vf(既知)を越えない値に予め設
定される電圧である。比較部25は、定電流源20自身の出
力電圧Voと、設定部23の設定電圧Vmaxとを比較し、 Vo<Vmax であれば、予め設定された値IA=Imax(例えば、JI
Sで定められた規定電流値…1mA,2mA,5mAのいずれ
か)の定電流値を出力すべき旨の信号を出力部21に加え
る。また、 Vo>Vmax になるような出力電圧Voが、生じる場合、比較部25は、
出力部21に出力電流IAの値を減少させる制御信号を加
え、 Vo=Vmax となる値の出力電流IAを流すように制御する。図2は定
電流源20の電圧・電流特性である。
【0012】27は差動入力型のAD変換器であり、導入
した2つの信号の差演算を行い、この差分をデジタル値
に変換するものである。AD変換器27は、スイッチSWA
とSWBから前記2つの信号を導入する。スイッチSWAとSW
Bの各接点の切替えは、マイクロプロセッサ29により制
御される。29はマイクロプロセッサ(以下、単にμPと
記す)であり、2つのスイッチSW AとSWBの接点を制御し
て、後述するVxp、Vp、Vrを測定し、これらに演算を加
えて、測温抵抗体の抵抗値(温度)を算出するものであ
る。Rrは測温抵抗体9に流れる電流IAが導かれ、抵抗値
が既知の抵抗である。この抵抗Rrは、測温抵抗体9に流
れる電流IAを測定するためのものである。
【0013】以上のように構成された図1の動作を説明
する。定電流源20は、定電流IAを出力するので負荷とし
て接続される測温抵抗体9の抵抗値Rxが大きければ、定
電流源20の出力電圧Voは大きくなる。定電流源20の出力
電圧Voは、次式で表される。 Vo=(Rx+Rr+2・Rp)・IA (1) なお、Rpは、バリア17の抵抗である(図5参照)。しか
し、本発明に使用する定電流源20は、設定部23に設定電
圧Vmaxを持ち、バリア17におけるクリップ電圧Vf(図
5に示すダイオードの順方向飽和電圧のこと)より大き
な電圧を出力することがない(この動作については既述
した)。
【0014】そして、もし大きな抵抗値Rxの測温抵抗体
9が接続されることで、出力電圧Voが設定された設定電
圧Vmaxに到達すると、比較部25の働きにより出力電圧V
oがこの設定電圧Vmaxを越えないように定電流IAの値を
自動的に低減させる。従って、正常な測定状態では、必
ず、バリア17のクリップ電圧Vfを越えない電圧範囲で、
測温抵抗体9が動作している。しかも、自動的に定電流
IAの値を調整できるので、人手による調整を必要としな
い。なお、本願の定電流源20は、このように出力電流IA
の値が自動的に変化するので、抵抗値が既知の抵抗Rrの
電圧を測定することで、測温抵抗体9に流れる電流値を
把握している。
【0015】μP29は、次のように動作して測温抵抗体
9の抵抗値を算出する。測定端子2-4間の電圧をVxp、
測定端子4-6間の電圧をVp、抵抗Rrの電圧をVrとする
と、電圧Vxpは、スイッチSWAとSWBがともに接点aの時
に測定され、電圧Vpは、スイッチSWAとSWBがともに接点
bの時に測定され、電圧Vrは、スイッチSWAとSWBがとも
に接点cの時に測定される。μP29は、この測定したV
xpとVpとVrを用い、次式により測温抵抗体9の抵抗値Rx
を算出する。 Rx=Rr・(Vxp−Vp)/ Vr (2)
【0016】なお、バリア17における抵抗Rp(図5参
照)の値が非常に大きいと、この抵抗値Rpだけのため
に、(1)式における出力電圧Voの値が、 Vo>Vmax になる場合がある。この場合、比較部25は、出力部21に
出力電流IAの値を減少させる制御信号を加え、Vo=Vma
x となる値の出力電流IAを流すように制御するので、
小さな定電流値が流れる。その結果、測温抵抗体9自身
における発生電圧が減少するので、S/Nが低下する
が、バリア17を設けたのでやむを得ない。
【0017】図3は本発明をポテンショメータ用測定器
に適用した例である。図3の装置は、ポテンショメータ
31のシャフトが、図示しない駆動源に接続されており、
摺動片が、この駆動源によりスライドされる。従ってポ
テンショメータ31の抵抗RYとRZをそれぞれ測定するこ
とで、駆動源の回転位置等を測定できるものである。こ
の抵抗RYとRZは、図1で既述した動作によりμP29に
て測定できる。
【0018】なお、図1と図3は、3線式測定法によ
り、測温抵抗体9と温度測定装置30の間の配線抵抗rLや
バリア17の抵抗Rpの影響をキャンセルした例で説明した
が、この記述により本発明を3線式測定法に限定するも
のではない。例えば、4線式測定法でも、本発明は成立
し、上述と同じ動作を行われ、同じ効果が得られる。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、測
温抵抗体が通常のものであれば、JISで定められた規
定電流値により測温抵抗体の測定を行うことができる。
即ち、高精度で温度測定を行うことができる。また、バ
リア17のクリップ電圧Vfをオーバするような高い抵抗値
Rxの測温抵抗体9が接続されて、自動的に定電流IAが低
減され、測定誤差が大きくならないように制御してい
る。また、この際、従来例と異なり、本発明では、測定
方式を変更する必要がない。従って、本発明の温度測定
装置は、設置条件に応じた設定が一切不要であり、その
ための工数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
図1は本発明に係る温度測定装置の構成例を示す図、図
2は定電流源の出力特性を示す図、図3は本発明に係る
別の温度測定装置の構成例を示す図である。
【図1】本発明に係る温度測定装置の構成例を示す図
【図2】定電流源の出力特性を示す図
【図3】本発明を用いた抵抗値測定装置の構成例を示す
【図4】従来例を示す図
【図5】バリアの構成を示す図
【符号の説明】
9 測温抵抗体 20 定電流源 21 出力部 23 設定部 25 比較部 27 AD変換器 29 マイクロプロセッサ Rr 抵抗
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01K 7/20 G01K 7/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定電流源と、測定対象に配置され前記定電
    流源から電流が加えられる測温抵抗体と、測温抵抗体と
    測定端子の間に設けられクリップ電圧を越える電圧が測
    定端子間に加わらないように作用するバリアと、測定端
    子間に加えられた電圧から前記測温抵抗体の抵抗値を測
    定することで温度を計測する装置において、 前記測温抵抗体に流れる電流が導かれ、抵抗値が既知の
    抵抗(Rr)と、 この抵抗(Rr)の電圧(Vr)を測定することで、測温抵抗体
    に流れる電流を測定する手段(27,29)と、を備え、且
    つ、前記定電流源が、 定電流(IA)を出力するとともに、自己の出力電圧(Vo)が
    前記バリアのクリップ電圧(Vf)を越えない値に設定され
    た設定電圧Vmaxに到達すると、出力電圧(Vo)がこの設
    定電圧Vmaxを越えないように定電流(IA)の値を自動的
    に低減させる機能をもつ定電流源であることを特徴とす
    る温度測定装置。
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