JP3829637B2

JP3829637B2 - 測温装置

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Publication number: JP3829637B2
Application number: JP2001090526A
Authority: JP
Inventors: 康浩倉田
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Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2006-10-04
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱電対による起電力を利用して測温部の温度を測定する測温装置に関し、より詳細には冷接点の温度を正確に測定することができる測温装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電対による起電力を利用して測温部の温度を測定する測温装置では、熱電対の一方の接合部（以下、「接合部」と称する）が測温部に配置され、この接合部と測温装置の端子との間は電気的に接続されて、測温装置の端子が熱電対の冷接点を形成する。このような測温装置においては、熱電対の起電力は、熱電対の接合部と冷接点（端子）との温度差によって決定される。従って、測温部の温度を測定するためには、端子温度を求める必要がある。
【０００３】
その為、従来の測温装置においては、測温装置の端子温度を求めるため、単一の冷接点補償用センサが端子近傍に配置されたり、端子内部に埋め込まれたりしている。
前者のタイプでは、測温装置の端子温度は端子近傍の外気温度と相互に影響し合っているので、装置自体が熱平衡状態にあるとき、冷接点補償用センサが端子近傍の外気の温度を測定し、この外気温度を端子温度と推定している。
【０００４】
後者のタイプに関連して、センサ自体を直接端子と接触させたタイプ、即ち接触による熱伝導を利用して端子の温度を測定するタイプの冷接点補償用センサや、センサ自体を端子内部に埋め込んで端子の温度を測定するタイプの冷接点補償用センサ、センサ自体を端子に取り付けて端子温度を測定するタイプの冷接点補償用センサ等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱平衡状態において、冷接点補償用センサが端子近傍の外気の温度を測定し端子温度を推定するタイプの場合、図７にその概略構造の例を示すように、測温装置１の筐体５にプリント基板１１が収容され、筐体５には端子１２ａ，１２ｂを有する端子台１２が配設され、端子台１２の近傍の筐体５にはスリット６が形成されている。プリント基板１１上には冷接点補償用センサＣＪ１が配置され、この冷接点補償用センサＣＪ１は、スリット６の近傍に位置するようになっている。
【０００６】
即ち、冷接点補償用センサＣＪ１は、測温装置１の筐体５に形成されたスリット６に流入した外気と十分に接する位置に配置されている。更に、冷接点補償用センサＣＪ１は電子回路部３０から十分に離間しているので、電子回路部３０の電力消費による熱（内部発熱）が冷接点補償用センサＣＪ１まであまり伝わらないようになっている。
【０００７】
従って、冷接点補償用センサＣＪ１は、内部発熱の影響をほとんど受けることなく、端子１２ａ，１２ｂ近傍の外気の温度Ｔａを測定することができる。そして、温度Ｔａと端子の温度Ｔｃｊとが相互に影響し合っていることから、温度Ｔａから温度Ｔｃｊを容易に推定できる。
しかし、実際には、測温装置１における内部発熱による熱が、プリント基板１１、パッド１４ａ，１４ｂ、ブレード１３ａ，１３ｂを介して端子１２ａ，１２ｂに熱伝導されるので、温度Ｔｃｊは内部発熱の影響を受けてしまう。更に電子回路部３０の動作状態の変化に伴って、その消費電力も変化するので、内部発熱もこれに追従して変動する。結果的に、温度Ｔｃｊもこの内部発熱に追従して変動することになる。
【０００８】
一方、冷接点補償用センサＣＪ１が測定する温度Ｔａは測温装置１の外気温度であるので、測定された温度Ｔａは装置の内部発熱の変動による温度Ｔｃｊの変動と比較して遅れを生じやすい。また、端子近傍の外気に擾乱が生じた場合、温度Ｔａはこの擾乱の影響を受けてしまう。これらの諸要因により、冷接点補償用センサＣＪ１が測定した温度Ｔａから推定される温度Ｔｃｊと実際の端子温度との間には誤差が生じることがある。
【０００９】
また、端子に冷接点補償用センサＣＪ１を直接接触させ、接触による熱伝導を利用して温度Ｔｃｊを測定するタイプのものは、冷接点補償用センサＣＪ１と端子とが点接触するため、その熱抵抗の値を小さくすることができず、冷接点補償用センサＣＪ１への熱伝導に遅れが生じる。又、冷接点補償用センサＣＪ１は端子に接触して配置されているので、電子回路部３０から対流またはプリント基板１１によって伝熱される内部発熱の影響を受け、冷接点補償用センサＣＪ１で測定した端子の温度Ｔｃｊと実際の端子の温度との間に誤差が生じてしまう。
【００１０】
端子に冷接点補償用センサＣＪ１を接触させた場合、上記の問題がなければ、冷接点補償用センサＣＪ１は熱電対ＴＣ１が接続された端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊを正確に測定できそうである。
しかし、端子１２ａ，１２ｂの間には温度差（温度勾配）がある。従って、熱電対ＴＣ１が接続される端子１２ａ，１２ｂのすべてに冷接点補償用センサＣＪ１を接触させることが理想的であるが、このようにすることは測温装置のコストを上昇させるという問題がある。従って、実際には冷接点補償用センサＣＪ１が接触している一つの端子の温度Ｔｃｊの測定結果から他の端子の温度を推定している。
【００１１】
しかし、端子１２ａ，１２ｂの何れか一つに接触した冷接点補償用センサＣＪ１では、前述の温度勾配を検知し得ないため、端子温度を正確に推定できない。
更に、以下に示すように測温装置１のメンテナンス上の問題もある。
測温装置１の測定回路（例えば電子回路部３０を形成したプリント基板１１）は、測温装置１の筐体５から一つのプリント基板として容易に挿抜され、測定回路のメンテナンスを短時間で完了できることが望まれる。
【００１２】
このため、冷接点補償用センサを端子に接触させた測温装置では、冷接点補償用センサとプリント基板との間の電気的接続を、プリント基板の挿抜に対応できる構造にする必要があり、このため測温装置が大型化するという欠点がある。もしこのような構造を採らないと、プリント基板を交換する場合、端子１２ａ、１２ｂに接続した熱電対を取り外し、また取り付けるための長時間の作業が必要となる。
【００１３】
測温装置のメンテナンスを短時間で終えることができないと、測定対象である装置の運転を長時間停止しなければならず、かつ運転再開後、測温対象である装置が熱平衡状態に達するまで、長時間のウォームアップ運転が必要となり、その経済的損失は非常に大きくなる。
一方、端子の内部に冷接点補償用センサを埋め込んで温度Ｔｃｊを測定するタイプでは、端子近傍の外気の擾乱の影響は少ないが、特定の端子温度から他の端子温度を推定しているので、前述の温度勾配に起因する問題を同様に有している。また、冷接点補償用センサと測定回路の間の電気的接続をプリント基板の挿抜に対応した構造とする必要がある。更にはプリント基板の交換を行なう際の前述した問題点を依然として有する。
【００１４】
端子に冷接点補償用センサを取り付けて温度Ｔｃｊを測定するタイプでも、端子の内部に冷接点補償用センサを埋め込んで温度Ｔｃｊを測定するタイプと同様の問題を有している。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、熱電対が接続される測温装置の冷接点である端子の温度測定（推定）において、端子近傍の外気の影響及び測温装置の内部発熱の影響によって生じる端子温度の推定の誤差を改善し、端子温度を高い精度で推定し、測温部の温度の測定精度を向上させ、好ましくはメンテナンスの容易な測温装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【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によれば、請求項１では、筐体内部に電子回路が実装され、熱電対を接続する端子を筐体の一部に備えた測温装置において、前記筐体内部の前記端子から離れた位置で、且つ測温装置の外気と接する位置若しくは前記外気を測温装置に流入させる外気導入手段の近傍に配置されて測温装置の外気温度を測定する少なくとも１つの第１の冷接点補償用センサと、前記筐体内部の前記端子の近傍に配置されて測温装置の内部温度を測定する少なくとも１つの第２の冷接点補償用センサとを備えたことを特徴とする測温装置が提供される。
【００１６】
熱電対を接続する端子の温度は、測温装置の筐体の外気温度を下限とし、筐体の内部温度を上限とする範囲内にある。
内部発熱に影響されず、外気温度を測定できる第１の冷接点補償用センサと、内部発熱による内部温度の変動を含めて内部温度を測定できる第２の冷接点補償用センサによって、この２つの冷接点補償用センサの温度を測定することで、端子温度をより正確に推定することができる。
【００１７】
従って、上記のように構成された測温装置は、測温装置の内部発熱の変動および外気温度の変動によって測温装置の熱平衡が失われても、端子温度を正確に推定することができる。
請求項２では、電子回路を形成したプリント基板を筐体内部に収容し、熱電対が接続される端子を筐体の一部に備えた測温装置において、プリント基板に配設されたパッドと、一端が熱電対を接続する端子を形成し、他端がパッドに接触し、端子の電気信号をパッドを介して電子回路に伝達するブレードと、前記筐体内部の前記パッドから離れた位置で、且つ測温装置の外気と接する位置若しくは前記外気を測温装置に流入させる外気導入手段の近傍に配置されて測温装置の外気温度を測定する少なくとも１つの第１の冷接点補償用センサと、パッドの近傍に配置されて測温装置の内部温度を測定する少なくとも１つの第２の冷接点補償用センサとを備えたことを特徴とする測温装置が提供される。
【００１８】
測温装置の内部発熱の一部は、プリント基板、パッド、ブレード、端子を経て外気に放熱される。上記測温装置では、この熱伝導の経路上にあるパッドの近傍に第２の冷接点補償用センサが配置されている。従って、第２の冷接点補償用センサは、端子温度に影響を与える内部発熱による温度変動を遅れなく検出できる。また、第１の冷接点補償用センサは、内部発熱に影響されず、端子温度と相互に影響し合う（相関関係にある）外気の温度を測定できる。
【００１９】
従って、上記のように構成された測温装置においては、測温装置の内部発熱の変動および外気温度の変動によって測温装置の熱平衡が失われても、内部温度と外気温度との測定から、端子温度を常に正確に推定することができる。
請求項３では、第１の冷接点補償用センサは、プリント基板に配置され、且つ、測温装置に配設された端子近傍の筐体に形成されたスリットの近傍に位置していることを特徴とする測温装置が提供される。
【００２０】
上記のように構成された測温装置においては、第１の冷接点補償用センサは、内部発熱の影響を受けず、且つスリットから筐体に流入する端子近傍の外気と接するので、端子近傍の外気の温度を正確に測定できる。
従って、上記のように構成された測温装置においては、測温装置の内部発熱の変動および外気温度の変動によって生じる測温装置の熱平衡が失われても、端子温度を常に正確に推定することができる。
【００２１】
更に、第１の冷接点補償用センサ及び第２の冷接点補償用センサがプリント基板上に配置されているため、プリント基板を挿抜するだけで、冷接点補償用センサのメンテナンスを容易かつ迅速に行なうことができる。
請求項４では、第２の冷接点補償用センサの測定温度と第１の冷接点補償用センサの測定温度から、端子温度を求める算出手段を有することを特徴とする測温装置が提供される。
【００２２】
予め、第１の冷接点補償用センサの測定温度、第２の冷接点補償用センサの測定温度、及び端子温度の関係を、測温装置の設計によって決定し、又は実測によって求めて、この関係を上記算出手段で使用することで、測定された内部温度と外気温度から端子温度を推定することができると共に、測温装置の内部発熱の変動および外気温度の変動によって測温装置の熱平衡が失われれても、端子温度を正確に推定することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る測温装置について説明する。
図１〜図３は、本発明の一実施形態に係る測温装置の概略構造を示す。
測温装置１０は、測温部２０の温度を熱電対ＴＣ１によって遠隔監視するものであり、熱電対ＴＣ１は、測温部２０に配置されると共に、測温装置１０の筐体１５に配設された端子台１２の端子１２ａ，１２ｂに接続されている。尚、測温部２０は、例えば測温対象である各種プラントを構成する各種装置の測温部である。
【００２４】
筐体１５には、挿抜可能なプリント基板１１が収容されており、プリント基板１１の一部には電子回路部３０が形成されている。プリント基板１１には、所定位置にパッド１４ａ，１４ｂが形成されると共に、冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２が配置されている。
又、筐体１５はブレード１３ａ，１３ｂを備えている。ブレード１３ａ，１３ｂの一端は夫々、端子台１２上において端子１２ａ，１２ｂを形成し、他端は夫々、筐体１５の内部で、プリント基板１１のパッド１４ａ，１４ｂとブレード自体の可撓性を利用して接触している。尚、ブレード１３ａ，１３ｂは夫々、プリント基板１１を筐体１５から挿抜するのに対応して、パッド１４ａ，１４ｂと着脱できるように他端の先端が屈曲した構造を有している。
【００２５】
パッド１４ａ，１４ｂには金めっきが施されており、プリント基板１１上に密着した銅箔（パターン）、パッド１４ａ，１４ｂ、ブレード１３ａ，１３ｂ、及び端子１２ａ，１２ｂとの間で夫々安定した電気的接続を確保できるようになっている。
冷接点補償用センサＣＪ１は、図２に示すように、電子回路部３０から離間したプリント基板１１上の所定位置に配置されている。冷接点補償用センサＣＪ１は更に、パッド１４ａ，１４ｂとも離間しているので、内部発熱による熱が端子１２ａ，１２ｂに熱伝導する経路からも離れている。このように配置されることで、冷接点補償用センサＣＪ１は、電子回路部３０による内部発熱の影響を避けている。
【００２６】
また、プリント基板１１の、冷接点補償用センサＣＪ１とパッド１４ａ，１４ｂとの間には、冷接点補償用センサＣＪ１付近に基板スリット１１ｓが形成されている。これによって、パッド１４ａ，１４ｂ側の熱が冷接点補償用センサＣＪ１に熱伝導し難くなっている。又、電子回路部３０と冷接点補償用センサＣＪ１との間で冷接点補償用センサＣＪ１付近には、熱遮蔽板１１ｐが設けられ、筐体内部の空気の対流による伝熱が阻止されるようになっている。
【００２７】
上述のように構成されたプリント基板１１を筐体１５に収容すると、図３に示すように、冷接点補償用センサＣＪ１は端子台１２が配設されている筐体１５の側面１５ａ側に位置することになる。そして、冷接点補償用センサＣＪ１の近傍に位置する側面１５ａには、複数のスリット１６が設けられている。スリット１６は側面１５ａ以外の側面にも設けられ、側面１５ａのスリット１６から流入した外気が筐体１５の外部に排出されるようになっている。
【００２８】
即ち、冷接点補償用センサＣＪ１は、プリント基板１１が筐体１５に収容された状態で、端子台１２が配設された側面１５ａの近傍の外気を導入する部分に配置され、内部発熱の影響を受けずに、端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊと互いに影響し合う外気の温度Ｔａを正確に測定することができる。
一方、冷接点補償用センサＣＪ２は、図２に示すように、プリント基板１１上で略パッド１４ａとパッド１４ｂの間に配置されている。この配置場所は、電子回路部３０の内部発熱の熱がプリント基板１１から端子１２ａ，１２ｂへと熱伝導する経路の途中で、かつ端子１２ａ，１２ｂの近傍である。従って、冷接点補償用センサＣＪ２は、端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊに影響を与える電子回路３０の内部発熱による温度上昇も含めてその配置場所の温度を正確に測定することができる。
【００２９】
図４は、図１〜図３に示した測温装置１０の各部分とその間の熱抵抗を示す。Ｒ１はプリント基板上に形成された電子回路部３０と冷接点補償用センサＣＪ２との間に存在する熱抵抗であり、ｒ２は冷接点補償用センサＣＪ２とパッド１４ａ，１４ｂとの間に存在する熱抵抗である。又、Ｒ３はパッド１４ａ，１４ｂとブレード１３ａ，１３ｂとの間に存在する熱抵抗であり、ｒ４はブレード１３ａ，１３ｂと端子１２ａ，１２ｂとの間に存在する熱抵抗である。又、ｒ５は、端子１２ａ，１２ｂと外気２１との間に存在する熱抵抗であり、ｒ６は冷接点補償用センサＣＪ１と外気２１との間に存在する熱抵抗である。
【００３０】
尚、熱抵抗Ｒ１は、プリント基板上に形成され、かつ電子回路部３０と冷接点補償用センサＣＪ２との距離が比較的長いため、比較的大きい熱抵抗値を有している。熱抵抗ｒ２もプリント基板上に形成されているが、冷接点補償用センサＣＪ２とパッド１４ａ，１４ｂとの距離が短いため、熱抵抗ｒ２の熱抵抗値は比較的小さい。熱抵抗Ｒ３は、パッド１４ａ，１４ｂとブレード１３ａ，１３ｂとが点接触しているため、その熱抵抗値は小さくない。これは、パッド１４ａ，１４ｂ並びにブレード１３ａ，１３ｂはいずれも導体であり、それぞれの熱伝導は良好で熱抵抗は小さいが、相互に点接触で接しているため、両者間の熱抵抗は小さいものとはならない為である。
【００３１】
ブレード１３ａ，１３ｂの端子台１２側は、ブレード１３ａ，１３ｂを端子台１２に接続する例えばボルトと共に、端子１２ａ，１２ｂを形成するため、熱抵抗ｒ４の熱抵抗値は比較的小さい。そして、端子１２ａ，１２ｂから外気２１に放熱が行われるため、熱抵抗ｒ５の熱抵抗値は比較的小さい。又、外気２１と冷接点補償用センサＣＪ１の間では伝熱が良好に行われるため、熱抵抗ｒ６の熱抵抗値は比較的小さい。
【００３２】
次に電子回路部３０の構成について説明する。
電子回路部３０は、図５に示すように、熱電対ＴＣ１の起電力を増幅する直流差動増幅器（以下、「アンプ」と称する。）３１と、直列に接続された冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２と、これら冷接点補償用センサに直流の定電流を供給する定電流源３２と、この定電流によって生じる冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２の両端に生じる直流電圧を増幅するアンプ３３と、アンプ３１，３３の出力端が接続されたアナログ・ディジタル変換器（以下、「ＡＤ変換器」と称する。）３６、及びＡＤ変換器３６の動作を制御するＣＰＵ３７（算出手段）を有している。
【００３３】
熱電対ＴＣ１は、図５では図示を省略した端子１２ａ，１２ｂ、並びにブレード１３ａ，１３ｂを介して、電子回路３０のパッド１４ａ，１４ｂに電気的に接続されている。パッド１４ａはアンプ３１の非反転入力端に接続され、パッド１４ｂは内部回路の基準電位（以下、「ＧＮＤ」と称する）に接続されている。アンプ３１の反転入力端とＧＮＤとの間には抵抗Ｒ３１が接続され、この反転入力端とアンプ３１の出力端間には抵抗Ｒ３２が接続されている。以上の構成によって、アンプ３１は、熱電対ＴＣ１の熱起電力を電圧増幅する。
【００３４】
このアンプ３１の電圧利得Ａｖ３１は下記の式で求められる。
Ａｖ３１＝（Ｒ３１＋Ｒ３２）／Ｒ３１
一方、冷接点補償用センサＣＪ２の一端はＧＮＤに接続され、他端は冷接点補償用センサＣＪ１の一端に接続され、冷接点補償用センサＣＪ１の他端は定電流源３２の電流流出側３２ａに接続されると共に、アンプ３３の非反転入力端に接続されている。アンプ３３の反転入力端とＧＮＤとの間には抵抗Ｒ３３が接続され、この反転入力端とアンプ３３の出力端間には抵抗Ｒ３４が接続されている。
【００３５】
このアンプ３３の電圧利得Ａｖ３３は下記の式で求められる。
Ａｖ３３＝（Ｒ３３＋Ｒ３４）／Ｒ３３
冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２は、夫々の温度に依存して、抵抗値が変化する（温度が高くなると、抵抗値が増加する）。従って、定電流源３２に直列に接続された冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２の両端の電圧は、これら冷接点補償用センサ自体の温度に依存して変化する。
【００３６】
アンプ３３は、この両端の直流電圧を増幅する。アンプ３１の出力端はＡＤ変換器３６の第１の入力端３６ａに接続され、アンプ３３の出力端はＡＤ変換器３６の第２の入力端３６ｂに接続されている。ＡＤ変換器３６とＣＰＵ３７とは、バスライン３８で相互に接続されており、ＡＤ変換によって得られたディジタルデータがＣＰＵ３７に伝達されるようになっている。ＣＰＵ３７は、バスライン３８を介して、ＡＤ変換器３６のＡＤ変換動作の制御、２つのアナログ入力端である３６ａ，３６ｂの選択制御等を行う。更にＣＰＵ３７は、バスライン３９によって、測温装置１０の図示しない表示器（例えば測温部２０の温度Ｔｈの数値表示器）及び測温対象であるプラントを構成する各種装置等に接続されている。
【００３７】
上述のように構成される測温装置１０は、ＣＰＵ３７がアンプ３１の出力電圧をＡＤ変換するようにＡＤ変換器３６を制御すると、熱電対ＴＣ１の起電力に対応したディジタルデータを得ることができる。ここで、測温部２０が温度Ｔｈ度（以下、温度は摂氏とする。）である場合、熱電対ＴＣ１の起電力は測温部２０に配置された熱電対ＴＣ１の接合部と冷接点である測温装置の端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊとの温度差（Ｔｈ−Ｔｃｊ）に依存する。即ち、アンプ３１の出力電圧をＡＤ変換して得たディジタルデータは温度差（Ｔｈ−Ｔｃｊ）に対応したデータである。従って、温度Ｔｃｊを得れば、下記（１）式の関係から、測温部２０の温度Ｔｈが求められる。
【００３８】
Ｔｈ＝（Ｔｈ−Ｔｃｊ）＋Ｔｃｊ・・（１）式
ここで、ＴｃｊとＴｈとは以下のように求められる。
熱電対ＴＣ１の温度（Ｔｈ−Ｔｃｊ）における起電力をＥｈｃとし、アンプ３１の電圧利得をＡｖ３１とし、アンプ３１の出力電圧をＥ３１とすると、
Ａｖ３１×Ｅｈｃ＝Ｅ３１であり、
Ｅｈｃ＝Ｅ３１／Ａｖ３１・・（２）式を得る。
【００３９】
ＣＰＵ３７は、入力端３６ａに入力されたアンプ３１の出力電圧Ｅ３１をＡＤ変換器３６がＡＤ変換して得たディジタルデータから、起電力Ｅｈｃを上記（２）式を用いて算出する。
さて、図４から、冷接点補償用センサＣＪ２の温度Ｔｃｊ２は、電子回路部３０の温度を上限とし外気２１の温度Ｔａを下限とする温度勾配の範囲内にあり、端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊは、温度Ｔｃｊ２を上限とし外気の温度Ｔａを下限とする温度勾配の範囲内にある。ここで、温度Ｔａと温度Ｔｃｊ１とは相関関係にある。従って、温度Ｔｃｊは温度Ｔｃｊ２を上限とし温度Ｔｃｊ１を下限とする温度範囲内にあり、下記の関係が成立する。
【００４０】
Ｔｃｊ＝Ｔｃｊ１＋ｋ（Ｔｃｊ２−Ｔｃｊ１）・・（３）式
ｋ＝（ｒ５−ｒ６）／（ｒ２＋Ｒ３＋ｒ４＋ｒ５−ｒ６）・・（４）式
ここでｋは、ｒ２、Ｒ３、ｒ４、ｒ５及びｒ６で決定される定数であり、
０＜ｋ＜１である。
例えばｋ＝０．５である場合、即ち、（ｒ２＋Ｒ３＋ｒ４）の熱抵抗値が（ｒ５−ｒ６）の熱抵抗値と等しい場合、（３）式から、温度Ｔｃｊは、温度Ｔｃｊ１と温度Ｔｃｊ２との丁度中間の温度（（Ｔｃｊ１＋Ｔｃｊ２）／２）になる。
【００４１】
冷接点補償用センサＣＪ１、ＣＪ２の温度対抵抗値特性は同一であるとする。そして、温度Ｔｃｊ１における冷接点補償用センサＣＪ１の（電気）抵抗値をＲｃ１とし、温度Ｔｃｊ２における冷接点補償用センサＣＪ２の抵抗値をＲｃ２とする。そうすると冷接点補償用センサＣＪ１と冷接点補償用センサＣＪ２との直列抵抗値は（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）である。
【００４２】
そして、（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）は以下のようにして算出される。
直列接続された冷接点補償用センサＣＪ１、ＣＪ２の両端の電圧をＥ１（Ｖ）とし、アンプ３３の直流出力電圧をＥ３３（Ｖ）、電流源３２の電流をＩ（Ａ）、アンプ３３の電圧利得をＡｖ３３とすると、
Ｅ１＝（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）×Ｉであり、
Ｅ３３＝Ａｖ３３×Ｅ１である。
【００４３】
従って、
Ｒｃ１＋Ｒｃ２＝Ｅ３３／（Ａｖ３３×Ｉ）・・（５）式を得る。
ＣＰＵ３７はＡＤ変換器３６を制御し、その制御によって、ＡＤ変換器３６は入力端３６ｂに入力された電圧Ｅ３３をＡＤ変換する。このようにしてＡＤ変換器３６が得たディジタルデータと、予め定められた電流Ｉ及び電圧利得Ａｖ３３とから、ＣＰＵ３７は上記（５）式の演算を行うことで、（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）の値を算出する。
【００４４】
更にＣＰＵ３７は算出された直列抵抗（Ｒｃ１＋Ｒｃ２）に０．５を乗じた抵抗値Ｒｃｊを算出する。
そして、ＣＰＵ３７が算出したＲｃｊと、予めＣＰＵ３７がその記憶回路部分に記憶している冷接点補償用センサの温度対抵抗値特性を示す関数（この関数は、例えばルックアップテーブルに記憶されている）とから、ＣＰＵ３７は、冷接点補償用センサの温度Ｔｃｊを算出し、これを端子温度と推定する。
【００４５】
この端子温度Ｔｃｊから、予めその記憶回路に記憶している熱電対ＴＣ１の冷接点が０℃に対する起電力を表す関数（テーブル）を用いて、端子温度Ｔｃｊ相当の０℃に対する起電力Ｅｃｊを算出する。例えば０℃に対する起電力の特性をルックアップテーブルとしてＣＰＵ３７の記憶回路に記憶しておき、端子温度Ｔｃｊを記憶回路のアドレス入力として、ルックアップテーブルから起電力Ｅｃｊを読み出して行う。
【００４６】
冷接点が０℃に対する熱電対ＴＣ１の起電力を表す関数（テーブル）を用いて測温部２０の温度Ｔｈを求めるために、先ず、熱電対ＴＣ１で発生する起電力Ｅｃｈ（測温部２０の温度Ｔｈと端子温度Ｔｃｊの温度差により発生する起電力）に、端子温度Ｔｃｊ相当の起電力Ｅｃｊ（端子温度Ｔｃｊと０℃との温度差により発生する起電力）を加算した起電力Ｅ２０（測温部２０の温度Ｔｈと０℃との温度差により発生する起電力）を求める。
【００４７】
Ｅ２０＝Ｅｃｊ＋Ｅｃｈ
この電圧Ｅ２０を発生させ得る熱電対の温度Ｔｈを、予めその記憶回路に記憶している冷接点が０℃に対する熱電対ＴＣ１の起電力を表す関数（テーブル）から測温部２０の温度Ｔｈとして算出する。例えば冷接点が０℃に対する熱電対ＴＣ１の特性をルックアップテーブルとしてＣＰＵ３７の記憶回路に記憶しておき、温度Ｔｈの算出は、電圧Ｅ２０を記憶回路のアドレス入力として、ルックアップテーブルから温度Ｔｈを読み出して行う。
【００４８】
このようにして、温度Ｔｃｊが推定されれば、温度差（Ｔｈ−Ｔｃｊ）の熱電対ＴＣ１の起電力を使用して、ＣＰＵ３７は測温部２０の温度Ｔｈを前述の関係から算出することができる。
なお、ｒ２＋Ｒ３＋ｒ４の熱抵抗をｒ５−ｒ６の熱抵抗と等しくすることは、各熱抵抗を形成するプリント基板等の部材の機械的構造、位置関係、材質等の設計因子を適宜設定することで可能である。例えば、熱抵抗ｒ２の特性は、パッド１４ａ，１４ｂと冷接点補償用センサＣＪ２との距離、パッド１４ａ，１４ｂの大きさ、両者間のプリント基板の厚さ及び材質等を任意に選択して設定することができる。他の熱抵抗についても同様である。
【００４９】
上述した如く構成された測温装置１０によれば、第１の冷接点補償用センサＣＪ１は、端子１２ａ，１２ｂの温度と相関する外気２１の温度Ｔａを内部発熱の影響を受けず、温度Ｔｃｊ１として測定する。又、電子回路部３０から端子１２ａ，１２ｂへの熱伝導経路上にある第２の冷接点補償用センサＣＪ２は、外気２１の影響を受けず、端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊに影響を与える電子回路部３０の内部発熱を含めたプリント基板１１の温度をＴｃｊ２として遅れなく測定する。
【００５０】
従って、単一の冷接点補償用センサを端子近傍に配置したり、端子に取り付け、埋め込み又は接触させて使用していた従来の測温装置に比べ、上述した如く構成された測温装置１０は、温度Ｔｃｊの推定において、外気２１の擾乱が端子に与える影響を軽減すると共に、内部発熱によって温度Ｔｃｊの推定値にズレが生じるのを防止し、測温部２０の温度測定精度を向上させる。
【００５１】
また、冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２は、測温装置１０の筐体１５から挿抜可能なプリント基板上に配置されている。従って、冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２とプリント基板１１との間の電気的接続をプリント基板の挿抜に対応した構造とする必要がなく、測温装置の小型化・コスト低減が可能となる。
更に、冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２がプリント基板１１ごと筐体１５から挿抜できるので、測温装置１０のメンテナンスを迅速に行なうことができる。
【００５２】
次に上述の実施形態の変形例について説明する。
図６には、測温装置１０で冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２の測定を行う電子回路部の他の構成例である電子回路部３０' を示す。なお、図５と同じ機能を有する構成要素については、対応する符号を付して図示し、その詳細な動作説明を省略する。
【００５３】
図６に示す電子回路部３０' では、冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２はそれぞれ個別のアンプ３３' ，３５に接続され、それぞれの冷接点補償用センサＣＪ１，ＣＪ２の電圧降下が検出され、温度Ｔｃｊ１，温度Ｔｃｊ２がそれぞれ別個に測定される。
冷接点補償用センサＣＪ１の一端はＧＮＤに接続され、他端は定電流源３２' の電流流出側３２' ａに接続されると共に、アンプ３３' の非反転入力端に接続されている。アンプ３３' の反転入力端とＧＮＤとの間には抵抗Ｒ３３' が接続され、この反転入力端とアンプ３３' の出力端間には抵抗Ｒ３４' が接続されている。
【００５４】
冷接点補償用センサＣＪ２の一端はＧＮＤに接続され、他端は定電流源３４の電流流出側３４ａに接続されると共に、アンプ３５の非反転入力端に接続されている。アンプ３５の反転入力端とＧＮＤとの間には抵抗Ｒ３５が接続され、この反転入力端とアンプ３５の出力端間には抵抗Ｒ３６が接続されている。
アンプ３１の出力端はＡＤ変換器３６' の第１の入力端３６'ａに接続され、アンプ３３' の出力端はＡＤ変換器３６' の第２の入力端３６'ｂに接続され、アンプ３５の出力端はＡＤ変換器３６' の第３の入力端３６'ｃに接続されている。
【００５５】
冷接点補償用センサＣＪ１の抵抗値は温度Ｔｃｊ１に対応した抵抗値であり、その両端には、定電流源３２' の電流値と冷接点補償用センサＣＪ１の抵抗値との積に対応した電圧が生じる。従って、アンプ３３’の出力電圧は温度Ｔｃｊ１に対応する。同様にアンプ３５の出力電圧は温度Ｔｃｊ２に対応する。
ＣＰＵ３７が、ＡＤ変換器３６' の入力端３６'ａ，３６'ｂ，３６'ｃを選択する制御を行い、そして、ＣＰＵ３７は選択された入力端に入力された直流電圧をＡＤ変換するようにＡＤ変換器３６' を制御する。即ち、ＡＤ変換器３６'は、温度差（Ｔｈ−Ｔｃｊ）における熱電対ＴＣ１の起電力、温度Ｔｃｊ１，Ｔｃｊ２に対応した各アンプの出力電圧をディジタルデータに変換する。
【００５６】
更に、ＣＰＵ３７はＡＤ変換器３６' で得られた上記ディジタルデータをバスライン３８を介してＣＰＵ３７の内部の記憶回路に読み込む。
そしてＣＰＵ３７は前述した実施形態と同様に、起電力Ｅｃｈ、温度Ｔｃｊ１，Ｔｃｊ２を算出する。
このようにして、ＣＰＵ３７は、（１）式、（３）式及び定数ｋから、端子１２ａ，１２ｂの温度Ｔｃｊを算出（推定）することができる。
【００５７】
なお、前述したように、ｒ２、Ｒ３、ｒ４、ｒ５及びｒ６は設計事項として定まる熱抵抗であるので、定数ｋは（４）式から前もってその値を決めておくことが可能である。又は、測温装置１０を動作させて、熱平衡状態における温度Ｔｃｊ，Ｔｃｊ１，Ｔｃｊ２の実測と（３）式からｋを求めても良い。
この変形例は、前述した実施形態と同様の効果を有するのに加えて、ＣＪ１とＣＪの温度を夫々測定するので、上述した各熱抵抗を形成する設計因子から決まる定数ｋに合わせて電子回路部３０' を設計でき、回路設計上の自由度が向上する。
【００５８】
ここで、本発明は、測温部に配置される熱電対の接合部と冷接点である測温装置の端子間との温度差に基づき熱電対の起電力が決定されることから、端子温度を高精度で推定することで、測温部の温度を高精度に求めるものである。説明の便宜上、測温装置の端子側を冷接点というが、端子の温度が測温部の温度より高い測温装置であっても、熱電対を接続する測温装置側の端子は、本発明にいう冷接点に含まれることは言うまでもない。
【００５９】
なお本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、第１の冷接点補償用センサはプリント基板上に配置され、プリント基板が測温装置に収容されると、冷接点補償用センサが測温装置の筐体に穿設された孔から端子近傍に突出する構造になっていてもよい。
又、外気の温度を測定する第１の冷接点補償用センサを２個以上有する測温装置においては、２箇所以上の位置において、冷接点である端子温度に追従する外気温度を測定するので、外気温度の測定精度が向上し、端子温度の推定がより正確なものとなる。
【００６０】
また、二以上の測温部があり、その測定のため二以上の熱電対が接続される測温装置においては、各熱電対の２つの接続端子を一つの対とし、この一つの対に対応して第２の冷接点補償用センサが配置されていても良い。これによって、各熱電対毎の冷接点である端子温度が測定され、各測温部の温度測定精度が向上する。
【００６１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の測温装置によれば、冷接点である端子温度を、測温装置の内部発熱の影響をほとんど受けない第１の冷接点補償用センサによって端子温度と相関関係にある端子近傍の外気温度から推定すると共に、第２の冷接点補償用センサによって端子温度に影響を与える測温装置の内部発熱による温度上昇を測定する。これによって、第１の冷接点補償用センサの温度が端子近傍の外気から受ける影響、及び測温装置の内部発熱による影響で生じる端子温度測定上の誤差を改善することができる。従って、端子温度が高精度で推定され、測温部の測定精度が向上する。併せて、測温装置のメンテナンスを容易に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る測温装置の概略構造を示す図である。
【図２】図１の測温装置のプリント基板、電子回路部、冷接点補償用センサ、冷接点である端子の関係を示した斜視図である。
【図３】図１の測温装置の筐体を端子部装着方向から示した斜視図である。
【図４】図１の測温装置の各部分間の熱抵抗の分布を概略的に示す図である。
【図５】図１の測温装置の電子回路の構成を示す接続図（回路図）である。
【図６】図１の測温装置の電子回路の変形例を示す接続図（回路図）である。
【図７】従来の冷接点補償用センサを備えた測温装置の概略構造を示す図である。
【符号の説明】
ＴＣ１熱電対
ＣＪ１第１の冷接点補償用センサ
ＣＪ２第２の冷接点補償用センサ
１０測温装置
１１プリント基板
１２ａ、１２ｂ端子
１３ａ、１３ｂブレード
１４ａ、１４ｂパッド
１５筐体
１６スリット
３０電子回路部

Claims

筐体内部に電子回路が実装され、筐体の一部に熱電対が接続される端子を備えた測温装置において、
前記筐体内部の前記端子から離れた位置で、且つ測温装置の外気と接する位置若しくは前記外気を測温装置に流入させる外気導入手段の近傍に配置されて測温装置の外気温度を測定する少なくとも１つの第１の冷接点補償用センサと、
前記筐体内部の前記端子の近傍に配置されて測温装置の内部温度を測定する少なくとも１つの第２の冷接点補償用センサとを備えたことを特徴とする測温装置。
電子回路が形成されたプリント基板を筐体内部に収容し、熱電対が接続される端子を筐体の一部に備えた測温装置において、
該プリント基板に配設されたパッドと、
一端が熱電対に接続する端子を形成し、他端が前記パッドに接触し、前記端子に入力される電気信号を前記パッドを介して前記電子回路に伝達するブレードと、
前記筐体内部の前記パッドから離れた位置で、且つ測温装置の外気と接する位置若しくは前記外気を測温装置に流入させる外気導入手段の近傍に配置されて測温装置の外気温度を測定する少なくとも１つの第１の冷接点補償用センサと、
前記パッドの近傍に配置されて、測温装置の内部温度を測定する少なくとも１つの第２の冷接点補償用センサとを備えたことを特徴とする測温装置。
前記第１の冷接点補償用センサは、前記プリント基板に配置され、且つ前記外気導入手段は、測温装置の前記端子近傍の筐体に形成されたスリットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の測温装置。
前記第２の冷接点補償用センサの測定温度と前記第１の冷接点補償用センサの測定温度から、前記端子温度を求める算出手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の測温装置。