JP3376634B2 - 温度検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、赤外線により温度を検
出する温度検出器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の温度検出器にはサーモパ
イル型とよばれるものがあり図５に示すように構成され
ていた。１は温度測定対象から放射される赤外線を熱電
変換する赤外線検出素子で、測定温度対象の温度に応じ
て変わる赤外線量を熱接点１Ａ、冷接点１Ｂ間に発生す
る電圧により冷接点１Ｂと測定温度対象との温度差を検
出するものである。熱接点１Ａはヒートシンク２の空孔
部に位置させ冷接点１Ｂはヒートシンク２に熱的に接続
して保持され、アルミニウムのキャン３内に収容されて
いる。キャン３の一方には赤外光を通過させる窓４が設
けてあり、特定の周波数帯を通すフィルタ５を設けてい
て、他方には出力ピン６が延出していてプリント基盤７
と電気的に接続している。８は冷接点１Ｂの温度を検出
する温度検出素子でサーミスタ等で構成されていてキャ
ン３に密着しプリント基盤７と電気的に接続している。
赤外線検出素子１により冷接点１Ｂと温度測定対象との
温度差を検出し温度検出素子８で冷接点１Ｂの温度を検
出しそれを加算することで温度測定対象の温度を検出す
るものである。９は赤外線検出素子１を収容したキャン
３を保持する筒状のホルダーで、１０はレンズで赤外線
検出素子１に入射する赤外光の角度を絞るために設けた
ものでホルダーキャップ１１によりホルダー９に固定さ
れている。ホルダー９が温度測定対象から輻射熱を受け
るとそれが温度検出誤差発生の要因となりやすいので、
温度測定対象から直接赤外光がホルダー９にあたらない
ようホルダー９を断熱ケース１２に収納している。また
レンズ１０も温度測定対象からの輻射熱の影響を受ける
のでこれはすばやく冷接点１Ｂに熱伝導させるためにホ
ルダー９は熱伝導性の良い材料となっている。断熱ケー
ス１２は赤外線が通過する通過口１２Ａが開口され、ま
たホルダー９全体を支持するためにプリント基盤７を固
定する基盤支持部１２Ｂを設けている。更に赤外線検出
素子１からの出力信号、温度検出素子８からの出力信号
はプリント基盤７よりコネクタ１３、リード線１４を通
して断熱ケース外に流れマイコン等で信号処理され温度
を検出するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の温度
検出器では正確に温度測定が出来ない場合がある。例え
ば断熱ケース外の雰囲気温度が変化した場合、熱接点１
Ａには雰囲気温度の影響が断熱ケース１２からプリント
基盤７へ伝わるか、またはリード線１４あるいはリード
線１４を引き出すための断熱ケース１２の開口部からプ
リント基盤７へ伝わり、キャン３のプリント基盤との接
着部が影響を受けその輻射熱の影響を受けるのが大きな
原因となる。一方冷接点１Ｂには雰囲気温度の影響は断
熱ケース１２から中空部の空気が影響を受け、ホルダー
９からキャン３、ヒートシンク２を介して影響を受ける
のが大きな原因となる。したがって熱接点１Ａが雰囲気
温度の影響を受ける応答に比べ冷接点１Ｂが影響を受け
る応答は、中空部の空気を介する分だけ遅れる。そのた
めに雰囲気温度が上昇中は熱接点１Ａが冷接点１Ｂより
早く熱せられ実際の温度測定対象の温度より高く検出し
てしまい、逆に雰囲気温度が下降中は熱接点１Ａが冷接
点１Ｂより先に冷やされ実際の温度より低く検出してし
まう。

【０００４】また、強風下で使用するような場合、キャ
ン３、温度検出器８、プリント基盤７に直接風が当たる
ことにより赤外線検出素子１付近の温度が不安定にな
り、正確に温度検出ができなくなる。

【０００５】また、赤外線検出素子１から得られる出力
信号は一般にはごく微小の電気信号でありリード線１４
で外部へ信号を送るとノイズが入りやすく安定した温度
検出は出来ない。そのためにプリント基盤７上に各種電
気部品を搭載し出力信号を増幅等処理をした後にリード
線１４で外部へ信号を送ることが望ましいのであるが、
この場合電気部品の発熱の問題があり電気部品の発熱に
よりプリント基盤７が熱せられ、その温度を熱接点１Ａ
が受け誤った温度検出をしてしまうことになる。

【０００６】本発明は上記課題を解決するもので、厳し
い環境条件下で正確に温度検出することを目的とし、特
に、雰囲気温度の変化の影響を受けにくくすることを第
１の目的とする。

【０００７】また風の影響を受けにくくすることを第２
の目的とする。

【０００８】またノイズの影響を受けにくく、且つ電気
部品の発熱の影響を受けにくくすることを第３の目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の温度検出器は、温度測定対象から放射される
赤外線を検出する赤外線検出素子と、前記赤外線検出素
子に熱的に影響をおよぼすべく熱伝導性に優れた材質よ
りなるホルダーと、前記赤外線検出素子および前記ホル
ダーを収納するケースと、前記温度測定対象から放射さ
れる赤外線が前記赤外線検出素子に至るように前記ケー
スに設けられた赤外線通過口と、前記ホルダーと前記ケ
ース周囲の空気が接するように前記ケースに設けられた
通風口と、前記ケース外の雰囲気温度が前記ホルダーを
介して伝わる温度を検出する温度検出素子とを備え、前
記温度検出素子は、冷接点の温度に応じた出力を得ると
ともに、前記赤外線検出素子は、通風口より流入する周
囲空気が直接至らぬように配されてなることを第１の課
題解決手段としている。

【００１０】また本発明の温度検出器は、上記に加え、
前記ケース内部には前記赤外線通過口と前記通風口を含
む一方と前記赤外線検出素子を含む他方とに仕切る仕切
板を設けたことを第１および第２の課題解決手段として
いる。

【００１１】また本発明の温度検出器は、赤外線検出素
子の出力信号を増幅する増幅回路をケース内部に有し、
前記増幅回路に供給する電源回路を前記ケースの外部に
設けたことを第３の課題解決手段としている。

【００１２】

【作用】本発明の温度検出器は上記した第１の課題解決
手段により、温度測定対象から放射される赤外線はその
一部は赤外線通過口から赤外線検出素子に至り、それ以
外はケースにより遮断される。一方、周囲空気が通風口
から熱伝導性の良いホルダーを介して赤外線検出素子に
すばやく伝わり、赤外線検出素子は周囲空気と温度測定
対象との温度差に応じた電気信号を出力する。

【００１３】また本発明の温度検出器は上記した第２の
課題解決手段により、通風口等より流入する周囲空気の
流れ、即ち風は赤外線検出素子には至らぬよう仕切板で
遮断される。

【００１４】また本発明の温度検出器は上記した第３の
課題解決手段により、ケース外部に設けられた電源回路
によりケース内部に電源が供給され、ケース内部では赤
外線検出素子より出力される電気信号を増幅回路により
処理する。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。なお、従来例と同じ構成のものは同一符号を付
して説明を省略する。

【００１６】図１は本発明の温度検出器の断面図であ
る。従来例と異なる点はケース１２に通風口１２Ｃを設
けた点にある。通風口１２Ｃは温度測定対象から放射さ
れる赤外線が直接ホルダー９およびレンズ１０、キャッ
プ１１に当たりにくい位置または当たっても温度測定に
影響しない程度の大きさで開口されている。図２の斜視
図で説明するとケース１２は直方体でその１面には温度
測定対象から放射される赤外線が通過する赤外線通過口
１２Ａがあり、その側面に通風口１２Ｃが開口してい
る。図示していないが通風口１２Ｃは四方にある。

【００１７】ケース１２が直方体であること、赤外線通
過口１２Ａ、通風口１２Ｃが円形であることは本発明を
拘束するものではなく、例えば円筒のケースであった
り、角穴であったり多数の開口部があっても構わない。
またケースを二重構造にして段違いの開口部にした通風
口にして赤外線の入射を遮断してもよい。この構成でケ
ース１２の外の雰囲気温度が変化した場合、熱接点１Ａ
には従来例と同様に雰囲気温度の影響がケース１２から
プリント基盤７へ伝わるか、またはリード線１４あるい
はリード線１４を引き出すためのケース１２の開口部か
らプリント基盤７へ伝わり、キャン３のプリント基盤と
の接着部が影響を受けその輻射熱の影響を受けるのが大
きな原因となる。

【００１８】一方冷接点１Ｂには雰囲気温度の影響は直
接ホルダー９からキャン３、ヒートシンク２を介して影
響を受けるのが大きな原因となる。ここでホルダー９は
アルミニウム等の熱伝導性の良い材料で構成されている
ため冷接点１Ｂにも雰囲気温度の変化を十分応答良く熱
伝導させることができる。従って熱接点１Ａ、冷接点１
Ｂにほぼ同等の応答で雰囲気温度の変化が影響すること
になる。また熱接点１Ａ、冷接点１Ｂと同等の応答で温
度検出素子８も雰囲気温度の影響を受け、冷接点１Ｂの
温度に応じた出力を温度検出素子８より得ることがで
き、温度測定対象と冷接点１Ｂとの温度差に応じた出力
電圧を熱接点１Ａ、冷接点１Ｂ間に発生する。

【００１９】更に図１に示すように本発明では風を遮る
仕切板１５を設けている。図１の破線Ａにおける断面図
を図３に示す。図３に示すように仕切板１５はホルダー
９と密着して覆いケース１２にも密着している。即ち赤
外線通過口１２Ａ、通風口１２Ｃより流入する空気が赤
外線検出素子１、キャン３、プリント基盤７、および温
度検出素子８に直接流れ込まないように構成しているの
で、風の影響による誤差の発生を最小限に抑えることが
可能となる。またこの構成は同時にホルダー９およびキ
ャン３、赤外線検出素子１等を固定することもできるの
で、振動等により温度測定対象の視点が振れ誤差が発生
することを防止する効果もあり、また水分、油分等がプ
リント基盤７に付着するなどして発生する故障原因を防
止する効果もある。

【００２０】図４に赤外線検出素子１および温度検出素
子８の出力信号を処理し温度測定対象の温度を検出する
検出回路例を示す。検出回路はケースの外部に設けた電
源回路１６、外部信号処理回路１７とケース内部のプリ
ント基盤上に設けた内部信号処理回路１８より構成して
いる。

【００２１】電源回路１６は、交流電源１９よりトラン
ス２０を介しダイオード２１、２２、２３、２４より成
るブリッジ回路で全波整流しコンデンサ２５で平滑化し
直流電源としている。更に三端子レギュレータ２６とコ
ンデンサ２７で安定化した直流電源を外部信号処理回路
１７と内部信号処理回路１８に供給する。内部信号処理
回路１８ではコンデンサ２８で再度直流電源を安定させ
る。内部信号処理回路１８は赤外線温度検出素子１の出
力信号を増幅する増幅回路２９を含む。

【００２２】増幅回路２９はオペアンプ３０、３１と抵
抗３２、３３、３４、３５より構成されている。直流電
源を抵抗３２、３３で分圧し、中点電位をオペアンプ３
０でボルテージフォロワし基準電位をつくっている。こ
の基準電位が赤外線検出素子１の冷接点１Ｂと接続し熱
接点１Ａがオペアンプ３１の非反転入力端子に接続して
いる。またオペアンプ３１の反転入力端子は抵抗３４を
介して基準電位に接続し、また抵抗３５を介し出力端子
に接続している。即ち熱接点１Ａと冷接点１Ｂとの間に
発生する電圧が抵抗３４、３５で決まる増幅率で増幅す
ることになり、温度測定対象の温度が冷接点１Ｂより高
いときには基準電位より高い電圧、低いときには基準電
位より低い電圧として温度差にほぼ比例した電圧を得る
ことができる。ここでキャン３から電源のグランドに接
続しているが、これはノイズ除去とプリント基盤の温度
を銅箔よりすばやくキャン３に熱伝導させる効果があ
る。

【００２３】また内部信号処理回路１８は温度検出素子
８の信号も処理するもので、温度検出素子８はここでは
サーミスタで構成していて、抵抗３６と直列回路を形成
して電源に接続している。サーミスタ８と抵抗３６との
中点電位により冷接点１Ｂの温度を検出することができ
る。温度検出素子はサーミスタを使わずとも可能で半導
体を使う方法などもある。外部信号処理回路１７はＡＤ
変換回路３７と演算回路３８と表示回路３９より構成さ
れるもので、温度測定対象と冷接点１Ｂとの温度差に応
じ増幅された電圧と冷接点１Ｂの温度に応じて得られる
電圧をＡＤ変換回路３７でデジタル化し、マイクロコン
ピュータ等より成る演算回路３８で適切なパラメータを
乗算し加算して温度測定対象の温度として演算した後、
表示回路３９で表示する。

【００２４】電源回路１６と内部信号処理回路１８の接
続および内部信号処理回路１８と外部信号処理回路１７
はリード線１４にてケース内外の接続をしている。この
構成で、特に発熱を起こしやすい部品のトランス２０、
ダイオード２１、２２、２３、２４、三端子レギュレー
タ２６をケース外部に設けているので、ケース内部で発
熱の影響により誤差が発生することを防止できている。
ここで、ＡＤ変換回路３７、演算回路３８、表示回路３
９をケース外部に設けたことは本発明を拘束するもので
なくケース内部にあっても構わないが、ケース外部に設
けることでケース全体を小型化できる効果がある。

【００２５】以上の説明はサーモパイル型の赤外線検出
素子で行ったが、焦電型でも同様の効果があり、この場
合にはヒートシンク２、キャン３を駆動部を有するチョ
ッパに置き換えれば良い。

【００２６】また、赤外線検出素子としては上記以外に
硫化鉛（Ｐｂｓ）などの熱抵抗変化形の赤外線検出素子
等を用いてもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、温度測定対象から放射される赤外線はその一
部は赤外線通過口から赤外線検出素子に至り、それ以外
はケースにより遮断され、周囲空気が通風口から熱伝導
性の良いホルダーを介して赤外線検出素子にすばやく伝
わり、赤外線検出素子は周囲空気と温度測定対象との温
度差に応じて電気信号を出力するので、周囲空気の温度
変化があってもすばやく赤外線検出素子に熱伝導させる
ことができ周囲空気の温度変化の影響による誤差発生を
最小限に抑えることが可能である。

【００２８】また本発明によれば、通風口等より流入す
る周囲空気の流れ、即ち風は赤外線検出素子には至らぬ
よう仕切板で遮断されるので、風の影響による誤差発生
を抑えることも可能である。

【００２９】また本発明によれば、ケース外部に設けら
れた電源回路によりケース内部に電源が供給され、ケー
ス内部では赤外線検出素子より出力される電気信号を増
幅回路により処理するので、赤外線検出素子より直接出
力される微小電圧がケース外部に出ることはなくノイズ
の影響による誤差を低減でき、且つ、ケース内部の部品
の発熱による誤差発生を抑えることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の温度検出器の断面図

【図２】同実施例の温度検出器の斜視図

【図３】同実施例の温度検出器の要部断面図

【図４】同実施例の温度検出器の電気回路図

【図５】従来例の温度検出器の断面図

【符号の説明】

１ 赤外線検出素子 ９ ホルダー １２ ケース １２Ａ 赤外線通過口 １２Ｂ 通風口 １５ 仕切板 １６ 電源回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 温度測定対象から放射される赤外線を検
   出する赤外線検出素子と、前記赤外線検出素子に熱的に
   影響をおよぼすべく熱伝導性に優れた材質よりなるホル
   ダーと、前記赤外線検出素子および前記ホルダーを収納
   するケースと、前記温度測定対象から放射される赤外線
   が前記赤外線検出素子に至るように前記ケースに設けら
   れた赤外線通過口と、前記ホルダーと前記ケース周囲の
   空気が接するように前記ケースに設けられた通風口と、
   前記ケース外の雰囲気温度が前記ホルダーを介して伝わ
   る温度を検出する温度検出素子とを備え、前記温度検出
   素子は、冷接点の温度に応じた出力を得るとともに、前
   記赤外線検出素子は、通風口より流入する周囲空気が直
   接至らぬように配されてなる温度検出器。
2. 【請求項２】 ケース内部には赤外線通過口と通風口を
   含む一方と赤外線検出素子を含む他方とに仕切る仕切板
   を設けた請求項１記載の温度検出器。
3. 【請求項３】赤外線検出素子の出力信号を増幅する増幅
   回路をケース内部に有し、前記増幅回路に供給する電源
   回路を前記ケースの外部に設けてなる請求項１または２
   記載の温度検出器。