JP3829708B2 - 測温装置 - Google Patents

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方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方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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