JP3829708B2 - 測温装置 - Google Patents

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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、より詳細には熱電対の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】
熱電対の起電力は熱電対の一方の接合部(以下、「接合部」)と他方の接合部である冷接点との温度差に対応する。熱電対を利用して温度を測定する測温装置では、接合部が測温部に配置され、熱電対を接続した測温装置本体の計器端子が冷接点を構成する。このような測温装置では、熱電対の起電力は、熱電対の接合部と測温装置本体の計器端子との温度差に対応する。従って、測温部の温度を求るためには、熱電対の起電力と計器端子の温度を求める必要がある。
【0003】
そのため、従来の測温装置は、たとえば、図8に示すように、熱電対の接合部1と接続される測温装置本体2の計器端子3に冷接点補償用センサ4を取付け、接合部温度算出手段2aが、自ら検出する熱電対の起電力とセンサ温度算出手段2bが算出する冷接点補償用センサ4の温度とに基づいて接合部1の温度を算出するように構成される。
【0004】
また別の測温装置は、たとえば、図9に示すように、測温装置本体2の外部に設けた外部冷接点5を、たとえば、摂氏0度に維持した恒温装置6に組込んで構成される。この際、外部冷接点5と測温装置本体2の計器端子3との間を接続する二本の導線としては同種の一般導線(たとえば銅線等、以下「計装線」)7が使用され、これによって外部冷接点5と測温装置本体2の計器端子3との間で熱起電力が生じることが防止される。そして、接合部温度算出手段2aでは、自ら検出する熱電対の起電力と温度設定手段2cによって与えられる冷接点温度0度とから、接合部1の温度を算出するものとなっている。
【0005】
しかし、測温部が真空装置や恒温槽等の槽類(以下、「槽」)で外界と遮断された環境下にある場合には、外部冷接点を恒温装置に組込んで槽の内部に配置することは困難である。そこで、図10に示すように、槽8の内部に配置される熱電対の接合部1と槽8の外部に配置される測温装置本体2の計器端子3とを中継して接続する中継端子9が使用されることもある。この場合、中継端子9と計器端子3とを接続する導線として、中継端子9と計器端子3との間に生じる熱起電力に誤差を補償すべく、補償導線10が用いられる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図8に示す従来の測温装置では、測温装置本体が有する電子回路等の内部発熱の影響によって、計器端子3には温度勾配が生じるため、真の計器端子3の温度と冷接点補償用センサ4が検出した計器端子3の温度との間に誤差が生じ易い。このため、測温部の温度を精度よく求めることが困難である。
【0007】
また、図9に示すように、冷接点5を恒温装置6に組込むと、高度に安定した温度制御が必要であり、恒温装置のコストアップにつながる。
さらに、図10に示す槽内の測温を行う従来の測温装置では、槽の内部側端子と外部側端子との間に温度差が生じる。このため、熱電対の接合部1と冷接点(計器端子3)との間に介在する中継端子9において、上記の内外端子間温度差の分だけ熱電対の熱起電力が減少することが否めない。
【0008】
さらに、中継端子9と計器端子3を接続する補償導線10は、一般に中継端子9と計器端子3との温度差が、たとえば摂氏100度以上となったときには、その温度差によって生じる熱起電力を有効に補償することができない。また、補償導線10は計装線7に比べてコストが高い。このように側温に際し各種冷接点補償方式に応じた構成の測温装置本体を準備しなければならず、測温装置本体の多品種化等によるコストアップが生じてしまう。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、各種冷接点補償方式に応じて冷接点の温度算出を選択手段によって選択することで測温装置本体の汎用性を高め、測温装置本体のコストを低減できる測温装置を提供することを目的とする。
【0013】
【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、冷接点補償用センサまたは感温抵抗体が取り付けられた外部冷接点を介して、測温部に配置された熱電対の接合部が測温装置本体に接続される測温装置において、上記測温装置本体は少なくとも二つの測温回路部を備え、これら各測温回路部は、前記冷接点補償用センサ、前記感温抵抗体、熱電対の接合部、または前記外部冷接点を介した熱電対の接合部に接続される入力端子と、冷接点補償用センサまたは前記感温抵抗体の温度を算出する感温抵抗温度算出手段と、予め設定された冷接点温度設定手段と、前記測温装置本体が備える各測温回路部の入力端子近傍に取り付けられた温度補償用センサを用いて上記端子温度を検出する入力端子温度算出手段と、前記冷接点温度設定手段の設定温度、前記外部冷接点に取り付けられる感温抵抗体が接続される他の測温回路部が有する前記感温抵抗温度算出手段の算出温度、または前記測温装置端子温度算出手段の算出温度の何れかを選択する選択手段と、この選択手段が選択した算出温度または設定温度と前記外部冷接点を介して入力された熱電対の熱起電力とから熱電対の接合部温度を算出する接合部温度算出手段とをそれぞれ備えた測温装置が提供される。
【0014】
すなわち、選択手段の選択によって、冷接点の温度算出を、外部冷接点補償用センサ若しくは感温抵抗体による場合、予め設定された冷接点温度設定手段による場合、または測温装置の端子部のセンサによる場合と、三通りのアプリケーションに対応することができる測温装置本体を使用した測温装置を実現できる。そうすると、各種冷接点補償方式に応じて測温装置本体の機種を選定することが不要になり、測温装置本体の汎用性が高まり、測温装置本体のコスト低減が可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る測温装置を説明する。
図1は、本発明の第一の実施形態に係る測温装置の概略要部構成図である。熱電対の接合部11は測温部12に配置され、冷接点13は測温装置本体14の外部に設けられている。そして、冷接点13には冷接点補償用センサ15が取り付けられている。測温装置本体14は第一の入力端子16と第二の入力端子17を備えており、第一の入力端子16と冷接点13との間は廉価な計装線で接続される。さらに、測温装置本体14は接合部温度算出手段18とセンサ温度算出手段19とを備えている。
【0016】
接合部11と冷接点13との間の温度差に対応して発生する熱電対の起電力は、測温装置本体14の第一の入力端子16に入力される。第一の入力端子16は接合部温度算出手段18に接続され、熱電対の起電力(電圧)はアンプ18aで直流増幅された後、第一アナログ・ディジタル変換器(以下、「AD変換器」(A/D))18bによってディジタルデータに変換される。すなわち第一AD変換器18bの出力は、接合部11と冷接点13との間の温度差に対応した電圧値をディジタルデータとしたものである。
【0017】
一方、冷接点補償用センサ15は冷接点13の温度を検出するものであり、測温装置本体14の第二の入力端子17に接続される。たとえば、冷接点補償用センサ15は、サーミスタで構成され、冷接点13の温度に対応してサーミスタの抵抗値が変化する。
第二の入力端子17はセンサ温度算出手段19に接続される。センサ温度算出手段19が有する抵抗・電圧変換手段19aは冷接点補償用センサ15の抵抗値を直流電圧に変換して出力する。抵抗・電圧変換手段19aの出力は、第二AD変換器19bによってディジタルデータに変換される。すなわち第二AD変換器19bの出力は、冷接点13の温度に対応した抵抗値を電圧値に変換してディジタルデータとしたものである。この第二AD変換器19bの出力は、第一の電圧・温度変換手段(V/T)19cと温度・電圧変換手段(T/V)19dとを介して、非線形補正されて冷接点補償用センサ15の温度に対応した電圧値のディジタルデータとなる。
【0018】
なお、上記のように、センサ温度算出手段19が、第二AD変換器19bの出力を第一の電圧・温度変換手段19cを用いて一旦温度に変換した後に、温度・電圧変換手段19dを用いて冷接点13の温度に対応した電圧値に変換しているのは、冷接点補償用センサ15の温度に対する抵抗値変化の特性が非線型だからである。この非線型性は、第一の電圧・温度変換手段19cおよび温度・電圧変換手段19dとを用いて冷接点補償用センサ15の温度変化に対して直線性を有する特性(電圧出力)に変換される。ここで、上記の各種変換手段は、入力のディジタルデータを変数とする高次の多項式演算回路や、いわゆる変換テーブルで実現できる。
【0019】
こうして求められた冷接点補償用センサ15の温度に対応した電圧値のディジタルデータは、前記第一AD変換器18bがもとめたディジタルデータに加算される。
この加算は接合部温度算出手段18が有する加算器(+)18cによって行われる。加算器18cが出力するディジタルデータは第二の電圧・温度変換手段(V/T)18dによって温度に変換される。すなわち、第二の電圧・温度変換手段18dは、接合部11の温度のディジタルデータを出力する。こうして得られた接合部11の温度は測温装置本体14から外部の装置、たとえば測温部12の温度制御装置(図示せず)に伝達される。
【0020】
ここで、前記冷接点13は、測温装置本体14の外部に設けられているので測温装置本体14の発熱によって温度上昇しない。したがって、冷接点13の温度がセンサ温度算出手段19によって正確に算出されて、該算出温度と熱電対の熱起電力とに基づいて、接合部温度算出手段18が熱電対の接合部11の温度を正確に算出できる。
【0021】
次に、図2によって、本発明の第二の実施形態に係る測温装置について説明する。なお、第一の実施形態と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付してその説明を省略する。
測温部12は槽20の内部に配置されている。槽20は、真空装置、恒温槽等であり、その内部に外界と遮断された環境を実現している。中継端子部21は、槽20内の熱電対の接合部11と槽20外の測温装置本体14とを中継接続する。また、中継端子部21は槽20の内外の気密性を維持する。
【0022】
具体的には、図3に示すように、中継端子部21は、槽20の隔壁20aを隔てて槽20の内部に冷接点21aを有し、外部に外部端子21bを有し、冷接点21aと外部端子21bとは計装線で接続される。外部端子21bは測温装置本体14の第一の入力端子16に計装線によって接続される。
冷接点補償用センサ15は冷接点21aに取り付けられ、この冷接点補償用センサ15は、中継端子部21のセンサ中継端子21cを介して、測温装置本体14の第二の入力端子17に接続される。具体的には、センサ中継端子21cは、槽20の内外に設けられた端子間をたとえば計装線で接続して構成され、槽20内の端子に冷接点補償用センサ15が取り付けられる。
【0023】
このように中継端子部21を介して、熱電対の冷接点21aと冷接点補償用センサ15とが測温装置本体14に接続され、中継端子部21の内外端子間を接続する計装線と隔壁20aとの間は、たとえば断熱作用を有する気密部材21dによって密閉される。
そうすると、槽20内の冷接点21aの温度は冷接点補償用センサ15によって検出することができるので、冷接点21aを恒温装置に組込むといった複雑な構成を採る必要がない。また冷接点21aは槽20の内部に配置されるので、中継端子部21が有する冷接点21aと外部端子21bとの間の温度差は、熱電対の起電力に誤差を生じさせない。また、中継端子部21の外部端子21bと測温装置本体14の第一の入力端子16との間を同種の材質の計装線で接続すれば、外部端子21bと第一の入力端子16との間の温度差があっても、これら端子間に熱起電力が発生することはない。
【0024】
したがって、測温装置本体14は、中継端子部の外部端子21bと第一の入力端子16とを介して、熱電対の接合部11の熱起電力を正確に測定することができる。
かくして、測温装置本体14が有する接合部温度検出手段18は、(槽20内外の温度差に対応する)中継端子部21の内外温度差の影響を受けることなく、且つ中継端子部21と第一の入力端子間の温度差の影響を受けることなく、接合部11と冷接点21aとの間の温度差に対応した電圧値のディジタルデータと、センサ温度算出手段19が算出した槽20内の冷接点21aの温度に対応したディジタルデータとから、接合部11の温度を正確に算出することができる。
【0025】
次に、図4によって、本発明の第三の実施形態に係る測温装置について説明する。なお、第一、第二の実施形態と同様の機能を有する構成要素は同一の符号を付してその説明を省略する。
測温装置本体30は第一測温回路部31と第二測温回路部32とを有している。第一測温回路部31は、感温抵抗体若しくは外部冷接点または熱電対に接続される第一信号入力端子16aに入力される信号を処理する。
【0026】
一方、第二測温回路部32は、感温抵抗体若しくは外部冷接点または熱電対に接続される第二信号入力端子16bに入力される信号を処理する。
そして、第一測温回路部31は、接合部温度算出手段18、第一信号入力端子16aに取り付けられる温度補償用センサ(以下「第一信号入力端子CJセンサ」)25と、この第一信号入力端子CJセンサ25から第一信号入力端子の温度を算出する第一信号入力端子温度算出手段26、外部冷接点の温度を一定に維持する恒温装置の温度を予め定められた冷接点温度とする冷接点温度設定手段(Ts)33、外部冷接点の算出温度(設定温度)を切替選択する選択手段34、感温抵抗体の温度を算出する感温抵抗温度算出手段35、センサ切替手段36、および測温出力切替手段37を備えている。
【0027】
ここで、センサ切替手段36は第一信号入力端子16aに入力された信号を接合部温度算出手段18または感温抵抗温度算出手段35に選択的に接続する。また、選択手段34は、冷接点温度設定手段33の設定温度、第一信号入力端子温度算出手段26が算出する第一信号入力端子16aの温度、または第二測温回路部32の感温抵抗温度算出手段41の算出温度を切替選択して、温度・電圧変換手段19dを介して、接合部温度算出手段18の加算器18cに伝達する。なお、第二測温回路部32も同様に構成される。
【0028】
次に、感温抵抗体で冷接点温度を検出する場合について、図4を用いて説明する。
この場合には、感温抵抗体15aは、冷接点13に取り付けられて、第二信号入力端子16bに接続され、第二測温回路部32のセンサ切替手段40を介して第二測温回路部32の感温抵抗温度算出手段41に接続される。感温抵抗温度算出手段41は、抵抗・電圧変換手段41aによって感温抵抗体の抵抗値を電圧に変換する。AD変換器41bによって、抵抗・電圧変換手段41aの出力電圧がディジタルデータに変換される。このディジタルデータは、電圧・抵抗変換手段(V/R)41cによって感温抵抗体の抵抗値に対応したディジタルデータに変換され、さらに、抵抗・温度変換手段(R/T)41dによって感温抵抗体の温度に対応したディジタルデータに変換される。すなわち、抵抗・温度変換手段41dの出力は感温抵抗体が検出した冷接点温度に対応するディジタルデータを出力することになる。
【0029】
そして、第一測温回路部31の選択手段34が、第二測温回路部32が有する感温抵抗温度算出手段41の(外部冷接点)算出温度を選択し、第一測温回路部31の接合部温度算出手段18に入力する。したがって、第一測温回路部31の接合部温度算出手段18は、自らが得た熱電対の起電力と上記感温抵抗温度算出手段41の算出温度とから、熱電対の接合部温度を算出できる。
【0030】
さらに、外部冷接点を恒温装置に組込んで冷接点温度を予め定められた温度(たとえば摂氏0度)に維持する場合について、図5を用いて説明する。
この場合、外部冷接点13は恒温装置50(たとえば摂氏0度の恒温装置)に組込まれているので、外部冷接点13の温度を検出する手段は不必要であるが、選択手段34が冷接点温度設定手段33を選択し温度・電圧変換手段19dを介して接合部温度算出手段18に接続する。そうすると、外部冷接点13を介して第一測温回路部31の接合部温度算出手段18に接続された接合部11からの熱電対の起電力と冷接点温度設定手段33が外部冷接点の温度として設定した温度(上記例では摂氏0度)とから、接合部温度算出手段18が接合部温度を正確に算出できる。
【0031】
さらにまた、測温装置本体30は、接合部11を第一信号入力端子16aに接続して第一信号入力端子16aを冷接点として構成し、第一信号入力端子温度算出手段26が算出する第一信号入力端子16aの温度に基づいて、冷接点温度を検出することもできるので、図8に示した従来の測温装置としてのアプリケーションにも対応することもでき、汎用性の高い測温装置とすることができる。この場合について、図6を用いて説明する。
【0032】
この場合、選択手段34は、第一信号入力端子温度算出手段26を選択し、温度・電圧変換手段19dを介して接合部温度算出手段18の加算器18cに接続する。
具体的には、第一信号入力端子温度算出手段26は、抵抗・電圧変換手段26aによって第一信号入力端子CJセンサ25の抵抗値を電圧に変換する。そして、AD変換器(A/D)26bによって、抵抗・電圧変換手段26aの出力電圧がディジタルデータに変換される。このディジタルデータは、第三の電圧・温度変換手段(V/T)26cによって第一信号入力端子CJセンサ25の温度に対応したディジタルデータに変換される。すなわち、第三の電圧・温度変換手段26cの出力は、第一信号入力端子CJセンサ25が検出した第一信号入力端子の温度に対応するディジタルデータとなる。
【0033】
この第三の電圧・温度変換手段26cのディジタルデータは、選択手段34で温度・電圧変換手段19dに接続されて、さらに、接合部温度算出手段18の加算器18cで、接合部11と冷接点である第一信号入力端子16aとの間の温度差に対応した電圧値のディジタルデータと加算される。
こうして、測温装置本体30は、冷接点である第一信号入力端子16aの温度を補償して、接合部11の温度を算出することができ、測温出力切替手段37を介して測温部12の温度データを外部の機器に伝達できる。
【0034】
かくして、測温装置本体30は、測温部に熱電対の接合部を配置して、外部冷接点を介して、熱電対の熱起電力を第一測温回路部31の第一センサ入力端子16aに入力する場合において、外部冷接点の温度を感温抵抗体で測温することができる。また、測温装置本体30は、外部冷接点を恒温装置に組込んで冷接点温度を一定の温度(たとえば摂氏0度)に維持する測温装置にも使用可能である。
【0035】
さらに、測温装置の端子を冷接点とした場合においても、測温装置の端子部近傍に取り付けられた測温装置端子温度算出手段で測温することもできるので、測温装置30は、図8に示した従来の測温装置としてのアプリケーションにも対応することもでき、汎用性の高い測温装置とすることができる。
なおここで、測温装置本体30は、測温部に配置された感温抵抗体によっても、測温部の温度を測温できる。
【0036】
この場合には、図7に示すように、感温抵抗体15aを第一測温回路部31の第一信号入力端子16aに接続する。そして、センサ切替手段36によって第一信号入力端子16aが感温抵抗温度算出手段35に接続される。そうすると、感温抵抗温度算出手段35は、前記感温抵抗温度算出手段41が冷接点補償用センサの抵抗値から冷接点の温度を算出したのと同様に、感温抵抗体の抵抗値から測温部の温度を算出することができる。そして、第一測温回路部31の測温出力切替手段37は感温抵抗温度算出手段35の出力データを測温装置本体30の測温部の温度データとして外部の機器に伝達できる。
【0037】
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、その趣旨を逸脱しない範囲で変形して実施することができる。
また、槽は、真空装置と恒温槽に限定されるものではなく、閉鎖された空間を形成して外界と遮断された環境を維持するものも含む。
【0039】
【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、選択手段によって、冷接点の温度算出を、感温抵抗体による場合、予め設定された温度設定手段による場合、測温装置の端子部のセンサによる場合と、三通りのアプリケーションに対応することができる測温装置本体を使用した測温装置を実現でき、さらには感温抵抗体で測温部の温度を測定することもできる。そうすると、各種冷接点補償方式に応じた測温装置本体の機種選定が不要になり、測温装置本体の汎用性が高まり、測温装置本体のコスト低減ができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施形態に係る測温装置の概略要部構成図である。
【図2】本発明の第二の実施形態に係る測温装置の概略要部構成図である。
【図3】図2の測温装置の中継端子部の概略要部構成図である。
【図4】本発明の第三の実施形態に係る測温装置の概略要部構成図であり、外部冷接点温度を感温抵抗体で測定する場合の概略要部構成を示す図である。
【図5】図4において、外部冷接点温度を恒温装置に組込んだ場合の概略要部構成を示す図である。
【図6】図4において、測温装置の端子部を冷接点とした場合の概略要部構成を示す図である。
【図7】図4において、感温抵抗体で測温部の温度を測定する場合の概略要部構成を示す図である。
【図8】測温装置本体の計器端子を冷接点として計器端子温度を冷接点補償用センサで測温する従来の測温装置の概略要部構成図である。
【図9】恒温装置に冷接点を組込んだ従来の測温装置の概略要部構成図である。
【図10】槽の内部に熱電対の接合部を配置し槽の外部に測温装置本体を配置した従来の測温装置の概略要部構成図である。
【符号の説明】
12 測温部
13、21a 冷接点
14、30 測温装置本体
15 冷接点補償用センサ
16 第一の入力端子(入力端子)
16a 第一信号入力端子(入力端子)
16b 第二信号入力端子(入力端子)
17 第二の入力端子(入力端子)
18 接合部温度算出手段
19 センサ温度算出手段
21c センサ中継端子
31 第一測温回路部(測温回路部)
25 第一信号入力端子CJセンサ(端子温度検出手段)
26 第一信号入力端子温度算出手段(入力端子温度算出手段)
32 第二測温回路部(測温回路部)
33 冷接点温度設定手段
34 選択手段
35 感温抵抗温度算出手段

Claims (1)

  1. 冷接点補償用センサまたは感温抵抗体が取り付けられた外部冷接点を介して、測温部に配置された熱電対の接合部が測温装置本体に接続される測温装置において、
    上記測温装置本体は少なくとも二つの測温回路部を備え、
    これら各測温回路部は、
    前記冷接点補償用センサ、前記感温抵抗体、熱電対の接合部、または前記外部冷接点を介した熱電対の接合部に接続される入力端子と、
    冷接点補償用センサまたは前記感温抵抗体の温度を算出する感温抵抗温度算出手段と、
    予め設定された冷接点温度設定手段と、
    前記測温装置本体が備える各測温回路部の入力端子近傍に取り付けられた温度補償用センサを用いて上記端子温度を検出する入力端子温度算出手段と、
    前記冷接点温度設定手段の設定温度、前記外部冷接点に取り付けられる感温抵抗体が接続される他の測温回路部が有する前記感温抵抗温度算出手段の算出温度、または前記測温装置端子温度算出手段の算出温度の何れかを選択する選択手段と、
    この選択手段が選択した算出温度または設定温度と前記外部冷接点を介して入力された熱電対の熱起電力とから熱電対の接合部温度を算出する接合部温度算出手段と
    をそれぞれ備えたことを特徴とする測温装置。
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