JP3626066B2

JP3626066B2 - 計算装置及び計算方法

Info

Publication number: JP3626066B2
Application number: JP2000090841A
Authority: JP
Inventors: 究依田
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2000-03-29
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-29
Also published as: US20010044703A1; US6564163B2; JP2001280998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、計算装置及び計算方法の技術に関し、特に、熱電対出力電位と周囲温度とから熱電対入力温度を求める演算装置及び演算方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、熱電対入力温度を求める式は、数式１（以下、式（１）という）に与えられている。
【０００３】
【数１】

【０００４】
そして、熱電対入力温度を求めるには、求めるべき式（１）を直接計算して求める方法と、式（１）の近似式である数式２（以下、式（２）という）を計算して求める方法とがある。
【０００５】
【数２】

【０００６】
ここで、図６及び図７は、高速クロックの下限周波数５２０ｋＨｚにおける式（１）及び式（２）を計算したシュミレーション結果を示している。図７は、図６に記載されたシュミレーション結果をグラフ化したものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の計算方法において、式（１）を計算するには、乗算／除算計算を３回と、加算／減算計算を３回と、平方根計算を２回計算する必要がある。ここで、各計算を１回行うためには、乗算／除算計算に１７ｍｓｅｃ、加算／減算計算に０．４ｍｓｅｃ、平方根計算に２５ｍｓｅｃの計算時間を必要とする。つまり、式（１）を計算するためには、合計１０２．２ｍｓｅｃの計算時間を必要とする。なお、式（１）によると、熱電対出力電位が０．０２［Ｖ］、周囲温度が１８［℃］の場合、熱電対入力温度は、１２２．８３［℃］である。
【０００８】
一方、式（２）を計算するには、乗算／除算計算を３回と、加算／減算計算を３回と、平方根計算を２回計算する必要がある。つまり、式（２）を計算するためには、合計６９．２ｍｓｅｃの計算時間を必要とする。なお、式（２）によると、熱電対出力電位が０．０２［Ｖ］、周囲温度が１８［℃］の場合、熱電対入力温度は、１２１．８９［℃］である。
【０００９】
このように、式（１）を計算すると求める熱電対入力温度の値は正しいが、１０２．２ｍｓｅｃの計算時間を必要とする。一方、式（２）を計算すると計算時間は３３ｍｓｅｃ短縮して６９．２ｍｓｅｃになるが、計算結果は式（１）と０．９４℃の誤差を生じて１２１．８９℃となる。
【００１０】
つまり、式（１）を計算すると計算結果は正確であるが計算時間がかかり、式（２）を計算すると計算時間は短縮されるが計算結果に大きな誤差を生じてしまう。
【００１１】
本発明は、計算結果に生じる誤差を極力少なくし、かつ、計算時間の短い計算装置及び計算方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１３】
すなわち、本発明の計算装置は、熱電対出力電位と周囲温度とから熱電対入力温度を計算する装置であって、熱電対出力電位の複数の値及び周囲温度の複数の値とを用いて計算された熱電対入力温度の複数の値を格納するメモリと、熱電対出力電位の所定の値と周囲温度の所定の値とを入力し入力された熱電対出力電位の所定の値に対応する格納された熱電対出力電位の複数の値をメモリから読み出し入力された周囲温度の所定の値に対応する格納された周囲温度の複数の値をメモリから読み出し読み出された熱電対出力電位の複数の値と読み出された周囲温度の複数の値とにより選択される格納された熱電対入力温度の複数の値をメモリから読み出し補間法を用いて入力された熱電対出力電位の所定の値と入力された周囲温度の所定の値とに対応する熱電対入力温度を計算する計算部と、を有するものである。
【００１４】
上記の手段によれば、計算結果に生じる誤差を極力少なくし、計算時間を短くすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施を図面に基づいて詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付与し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（第１の実施の形態）
図１から図３までは、本発明の第１の実施の形態の計算装置及び計算方法に係わる図である。図１は本発明の第１の実施の形態の計算装置のシステム構成を示す図であり、図２は本発明の第１の実施の形態の計算手順を示すフローチャートであり、図３は本発明の第１の実施の形態の計算手順を示す概念図である。
【００１７】
初めに、図１を用いて、本発明の第１の実施の形態の計算装置について説明する。本発明の第１の実施の形態の計算装置は、ＥＥＰＲＯＭなどで構成される記憶素子１０１（以下、メモリ１０１という）と、熱電対入力温度を計算する計算部１０２とにより構成される。ここで、計算部１０２は、熱電対入力温度を計算する手順を格納するＲＯＭ１０３を有している。
【００１８】
メモリ１０１は、図６（ａ）に示すように、熱電対出力電位ｘと周囲温度ｙとから式（１）を計算し、求められた熱電対入力温度ｚをテーブル形式で格納している。メモリ１０１には、熱電対出力電位ｘ、周囲温度ｙ及び熱電対入力温度ｚとが格納されている。そして、熱電対入力温度ｚは、熱電対出力電位ｘ及び周囲温度ｙの２つの値でアクセスされる。
【００１９】
ＲＯＭ１０３は、数式３〜数式７（以下、式（３）〜式（７）という）がプログラム化されて格納されている。格納されたプログラムは、計算部１０２の指示により読み出させる。
【００２０】
【数３】

【００２１】
【数４】

【００２２】
【数５】

【００２３】
【数６】

【００２４】
【数７】

【００２５】
次に、図２及び図３を用いて、本発明の第１の実施の形態の計算方法を具体例を用いて説明する。ここでは、具体例として、熱電対出力電位０．０２［Ｖ］、周囲温度１８［℃］における熱電対入力温度ｚを求める場合について説明する。
【００２６】
初めに、ステップ２０１において、計算部１０２は、求めるべき熱電対入力温度ｚに対応する熱電対出力電位ｘ（＝０．０２）と周囲温度ｙ（＝１８．０）を入力する。
【００２７】
次に、ステップ２０２において、計算部１０２は、あらかじめ式（１）の計算結果をテーブル形式で格納しているメモリ１０１から、入力した熱電対出力電位ｘに最も近く、“ｘ１≦入力した熱電対出力電位ｘ≦ｘ２”を満たすｘ１及びｘ２の値を選択する。つまり、メモリ１０１から選択されるｘ１及びｘ２の値は、入力した熱電対出力電位ｘに最も近い値が選択される。この具体例では、計算部１０２は、メモリ１０１から、ｘ１の値として０．０１８をｘ２の値として０．０２２を選択し、ｘ１の値として０．０１３をｘ２の値として０．０２７を選択しない。なぜなら、ｘ１の値として０．０１３及びｘ２の値として０．０２７を選択した場合は、ｘ１の値として０．０１８及びｘ２の値として０．０２２を選択した場合に比べ、求めるべき熱電対入力温度ｚの誤差が大きくなってしまうからである。
【００２８】
同様にして、計算部１０２は、メモリ１０１から、入力した周囲温度ｙに最も近く、“ｙ１≦入力した周囲温度ｙ≦ｙ２”を満たすｙ１及びｙ２の値を選択する。つまり、メモリ１０１から選択されるｙ１及びｙ２の値は、入力した周囲温度ｙに最も近い値が選択される。この具体例では、計算部１０２は、メモリ１０１から、ｙ１の値として１４．０をｙ２の値として２０．０を選択し、ｙ１の値として９．０をｙ２の値として２６．０を選択しない。なぜなら、ｙ１の値として９．０及びｙ２の値として２６．０を選択した場合は、ｙ１の値として１４．０及びｙ２の値として２０．０を選択した場合に比べ、求めるべき熱電対入力温度ｚの誤差が大きくなってしまうからである。
【００２９】
次に、計算部１０２は、メモリ１０１のテーブルから、選択されたｘ１（＝０．００１８）及びｙ１（＝１４．０）の値に対応する熱電対入力温度ｚ１（＝１１３．９７）を選択する。同様にして、計算部１０２は、メモリ１０１のテーブルから、選択されたｘ２（＝０．０２２）及びｙ１（＝１４．０）の値に対応する熱電対入力温度ｚ２（＝１２８．１７）を、選択されたｘ１（＝０．０１８）及びｙ２（＝２０．０）の値に対応する熱電対入力温度ｚ３（＝１１６．４７）を、選択されたｘ２（＝０．０２２）及びｙ２（＝２０．０）の値に対応する熱電対入力温度ｚ４（＝１３０．４２）を選択する。
【００３０】
次に、ステップ２０３において、計算部１０２は、入力した熱電対出力電位ｘ（＝０．０２）及び選択された熱電対出力電位ｘ１（＝０．０１８）及びｘ２（＝０．０２２）を用いて式（３）を計算し、熱電対出力電位の増減率ｏｆｓ＿ｘ（＝０．５）を求める。
【００３１】
次に、計算部１０２は、入力した周囲温度ｙ（＝１８．０）及び選択された周囲温度ｙ１（＝１４．０）及びｙ２（＝２０．０）を用いて式（４）を計算し、周囲温度の増減率ｏｆｓ＿ｙ（＝０．６６６７）を求める。
【００３２】
次に、計算部１０２は、選択された熱電対入力温度ｚ１（＝１１３．９７）及びｚ２（＝１２８．１７）及び計算された熱電対出力電位の増減率ｏｆｓ＿ｘ（＝０．５）を用いて式（５）を計算する。そして、周囲温度ｙ１（＝１４．０）に対する熱電対出力電位の増加率における第１の予測熱電対入力温度ｚ＿ｒ１（＝１２１．０７）を求める。
【００３３】
次に、計算部１０２は、選択された熱電対入力温度ｚ３（＝１１６．４７）及びｚ４（＝１３０．４２）及び計算された熱電対出力電位の増減率ｏｆｓ＿ｘ（＝０．５）を用いて式（６）を計算する。そして、周囲温度ｙ２（＝２０．０）に対する熱電対出力電位の増加率における第２の予測熱電対入力温度ｚ＿ｒ２（＝１２３．４４５）を求める。
【００３４】
次に、計算部１０２は、計算された第１の予測熱電対入力温度ｚ＿ｒ１（＝１２１．０７）と、計算された第２の予測熱電対入力温度ｚ＿ｒ２（＝１２３．４４５）と、計算された周囲温度の増減率ｏｆｓ＿ｙ（＝０．６６６７）とを用いて式（７）を計算する。そして、熱電対入力温度ｚ（＝１２２．６５３）を求める。
【００３５】
本発明の第１の実施の形態の計算装置及び計算方法によれば、以下の効果を奏する。
（１）本発明の第１の実施の形態においては、式（３）〜式（７）を計算するには、乗算／除算計算を５回、加算／減算計算を１０回及び平方根計算を０回行う。ここで、各計算を１回行うためには、乗算／除算計算に１７ｍｓｅｃ、加算／減算計算に０．４ｍｓｅｃの計算時間を必要とすると、合計８９ｍｓｅｃの計算時間を必要とする。つまり、本発明の第１の実施の形態の計算時間は、従来の式（１）の計算時間に比べ、１３ｍｓｅｃ短縮される。また、本発明の第１の実施の形態の計算結果は１２２．６５３［℃］であり、従来の式（１）の計算結果（１２２．８３［℃］）と比べると、その誤差は、わずか０．１７７［℃］である。これは、従来の式（１）と従来の式（２）との計算結果の誤差（０．９４［℃］）に比べると大幅に改善される。
（２）また、入力した熱電対出力電位ｘと入力した周囲温度ｙの両方が、メモリ１０１内にあった場合、上記のステップ３を実行することなく、メモリ１０１から熱電対入力温度ｚを求めることができる。この場合、ステップ３を実行するための時間を省略できることにより、熱電対入力温度ｚを求めるための計算時間を短縮することができる。
（３）本発明の第１の実施の形態の計算装置では、式（１）に示すような熱電対出力ｘと周囲温度ｙとから熱電対入力温度ｚを求める関数をあらかじめ計算した結果を、書き換え可能な記憶素子に格納している。そのため、用途に応じて関数を変更したい場合、記憶素子に格納しているデータを変更するだけでよく、計算部を変更する必要はない。さらに、本発明を採用した製品は、その製造が完了した場合でもオンボードでデータを書き換えることができる。
【００３６】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態の計算装置及び計算方法に係わる図である。図４（ａ）は本発明の第２の実施の形態の計算手順を示す概念図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のテーブルをグラフ化したものである。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態の計算装置及び計算方法において、メモリ１０１は、図４（ａ）に示すように、熱電対出力電位ｘと周囲温度ｙとを用いて式（１）を計算し、求められた熱電対入力温度ｚをテーブル形式で格納している。本発明の第２の実施の形態で使用されるテーブルは、高精度の演算が要求される領域のみ細かく計算されている。つまり、高精度の演算が要求される領域において、熱電対出力電位ｘ及び周囲温度ｙの間隔を細かくして、それらに対応する熱電対入力温度ｚを求め、テーブル形式でメモリ１０１に格納している。
【００３８】
本発明の第２の実施の形態の計算装置及び計算方法によれば、本発明の第１の実施の形態の計算装置及び計算方法において得られる効果（１）〜（３）に加え、以下の効果を奏する。
（４）計算装置及び計算方法においては、高精度を要求される領域において、高精度の熱電対入力温度を得ることができる。さらに、高精度を要求される領域以外の領域については、粗い設定をすることにより、メモリ１０１の容量を節約することができる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態の計算装置及び計算方法に係わる図である。図５は、本発明の第３の実施の形態の計算手順を示す概念図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のテーブルをグラフ化したものである。
【００４０】
本発明の第３の実施の形態の計算装置及び計算方法において、メモリ１０１は、図５（ａ）に示すように、熱電対出力電位ｘと周囲温度ｙとを用いて式（１）を計算して、求められた熱電対入力温度ｚをテーブル形式で格納している。本発明の第３の実施の形態で使用されるテーブルは、第１の実施の形態及び第２の実施の形態において示されたテーブルに加えて、誤差が大きく生じる領域の熱電対入力温度ｚが格納されている。つまり、あらかじめ誤差が大きくなる領域の熱電対入力温度ｚを求め、テーブル形式でメモリ１０１に格納している。
【００４１】
本発明の第３の実施の形態の計算方法によれば、本発明の第１の実施の形態の計算装置及び計算方法において得られる効果（１）〜（３）に加え、以下の効果を奏する。
（５）あらかじめ誤差が大きく生じる領域においてはテーブル化してメモリに格納しておくことにより、その領域において計算をすることを防ぐことができ、誤差を生じることがなくなる。さらに、熱電対入力温度ｚを求めるための計算時間を短縮することができる。
【００４２】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００４４】
本発明によれば、熱電対入力温度を求める計算時間が短縮され、かつ、計算精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の計算装置のシステム構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の計算手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施の形態の計算手順を示す概念図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の第２の実施の形態の計算手順を示す概念図であり、図４（ｂ）は図（ａ）のテーブルをグラフ化したものである。
【図５】図５（ａ）は本発明の第３の実施の形態の計算手順を示す概念図であり、図５（ｂ）は図（ａ）のテーブルをグラフ化したものである。
【図６】高速クロックの下限周波数５２０ｋＨｚにおける式（１）及び式（２）を計算したシュミレーション結果である。
【図７】図６に記載されたシュミレーション結果をグラフ化したものである。
【符号の説明】
１０１メモリ
１０２計算部
１０３ＲＯＭ

Claims

熱電対出力電位と周囲温度とから熱電対入力温度を計算する装置であって、
予め設定された複数の前記熱電対出力電位の値と、予め設定された複数の前記周囲温度の値と、該熱電対出力電位の値と該周囲温度の値とを用いて計算により求められた複数の前記熱電対入力温度の値と、を格納するメモリと、
求めたい熱電対入力温度のための情報として必要な前記熱電対出力電位の値と前記周囲温度の値とが入力され、前記メモリに格納された複数の前記熱電対出力電位の値のうち、該入力された熱電対出力電位の値に近似する２つを前記メモリから読み出し、前記メモリに格納された複数の前記周囲温度の値のうち、該入力された周囲温度の値に近似する２つを前記メモリから読み出し、前記読み出された２つの熱電対出力電位の値と前記読み出された２つの周囲温度の値とにより選択される前記格納された熱電対入力温度の値を前記メモリから読み出し、読み出された前記２つの熱電対出力電位の値から算出される熱電対出力電位の増減率と読み出された前記熱電対入力温度の値とから第１と第２の予測熱電対入力温度を算出し、読み出された２つの周囲温度の値から算出される周囲温度の増減率と該第１と第２の予測熱電対入力温度とから所望の熱電対入力温度を求める計算部とからなることを特徴とする計算装置。
請求項１記載の計算装置であって、前記読み出される２つの熱電対出力電位の値は、前記入力された熱電対出力電位の値よりも小さい値のうちで該入力された熱電対出力電位の値に最も近似するものと、前記入力された熱電対出力電位の値よりも大きい値のうちで該入力された熱電対出力電位の値に最も近似するものと、であり、
前記読み出される２つの周囲温度の値は、前記入力された周囲温度の値よりも小さい値のうちで該入力された周囲温度の値に最も近似するものと、前記入力された周囲温度の値よりも大きい値のうちで該入力された周囲温度の値に最も近似するものと、であること、
を特徴とする計算装置。
熱電対出力電位と周囲温度とを用いて熱電対入力温度を計算する方法であって、
予め設定された複数の前記熱電対出力電位の値電位の値と、予め設定された複数の前記周囲温度の値と、該熱電対出力電位の値と該周囲温度の値とを用いて計算により求められた複数の前記熱電対入力温度の値と、をメモリに格納し、
求めたい熱電対入力温度のための情報として必要な前記熱電対出力電位の値と前記周囲温度の値とを入力し、
前記入力された熱電対出力電位の値と前記格納された複数の熱電対出力電位の値とを比較し、
前記格納された複数の熱電対出力電位の値の１つであって、前記入力された熱電対出力電位の値よりも小さい値のうちで該入力された熱電対出力電位の値に最も近似するものを第１の熱電対出力電位として前記メモリから読み出し、
前記格納された複数の熱電対出力電位の値の１つであって、前記入力された熱電対出力電位の値よりも大きい値のうちで該入力された熱電対出力電位の値に最も近似するものを第２の熱電対出力電位として前記メモリから読み出し、
前記入力された周囲温度の値と前記格納された複数の周囲温度の値とを比較し、
前記格納された複数の周囲温度の値の１つであって、前記入力された周囲温度の値よりも小さい値のうちで該入力された周囲温度の値に最も近似するものを第１の周囲温度として前記メモリから読み出し、
前記格納された複数の周囲温度の値の１つであって、前記入力された周囲温度の値よりも大きい値のうちで該入力された周囲温度の値に最も近似するものを第２の周囲温度として前記メモリから読み出し、
前記第１の熱電対出力電位と前記第１の周囲温度及び前記第２の周囲温度とに対応する前記格納された熱電対入力温度を第１の熱電対入力温度及び第２の熱電対入力温度として前記メモリから読み出し、
前記第２の熱電対出力電位と前記第１の周囲温度及び前記第２の周囲温度とに対応する前記格納された熱電対入力温度を第３の熱電対入力温度及び第４の熱電対入力温度として前記メモリから読み出し、
前記第１及び第２の熱電対出力電位から算出される熱電対出力電位の増減率と前記第１、第２、第３及び第４の熱電対入力温度とから第１及び第２の予測熱電対入力温度を算出し、前記第１及び第２の周囲温度から算出される周囲温度の増減率と該第１及び第２の予測熱電対入力温度とから所望の熱電対入力温度を求めることを特徴とする計算方法。