JP4278096B2

JP4278096B2 - 温度補償装置

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Publication number: JP4278096B2
Application number: JP2004039273A
Authority: JP
Inventors: 洋之古川
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2004-02-17
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2024-02-17
Also published as: JP2005233625A

Description

本発明は、熱電対の端子温度を精度良く補償して正確な温度測定を可能とする温度補償装置に関する。

例えば、炉などの温度測定を行うに際して熱電対は広く用いられている。

このような熱電対の基準接点である装置側（端子側）接続部、（以下、単に「接続部」とする）の近くには接続部の温度を計測し熱電対の計測温度を補正するための補償用温度センサ（以下、単に「補償用センサ」とする）を備えている。そして、かかる補償用センサを有する温度調節機器において、測温精度向上のために熱電対の接続部の温度と補償用センサの計測温度との温度差を小さくする必要がある。そのために、熱伝達を良好にする構造や余分な熱の影響を小さくする構造をとって熱電対の端子温度を精度良く補償して正確な温度測定を可能とする温度補償装置が従来から知られている（例えば、特許文献１〜特許文献３参照）。

かかる特許文献１に記載の温度補償装置は、側面視で異形角型Ｃ字状に金属片を折り曲げて形成した金属板を接続端子に固定するとともに、基板上に補償用センサを装着している。そして、補償用センサに密着するように銅箔パターンを基板上に形成し、この銅箔パターンの端部にパッドを一体に形成し、当該パッドに上述の金属板を接触させている。

一方、特許文献２に記載の温度補償装置は特許文献１に記載の温度補償装置の構成に加えて、基板のパッドと補償用センサとを基板のこれらが実装された周囲から熱的に分離するスリットを複数設けている。

また、特許文献３に記載の温度補償装置は特許文献１に記載の温度補償装置の構成に加えて、熱伝導率の低い材質からなるバリアを介して金属板を接続端子に固定している。

実開平５−５２７２９号公報（第４−５頁、図１）実開平５−５２７２８号公報（第４−５頁、図１）実開平５−５９２６５号公報（第４−５頁、図１）

このような従来技術による温度補償装置では、補償用センサと熱電対の接続端子の端部との距離をなるべく近づける必要がある。しかしながら、当該センサと端部とを近づけることによって接続部の温度を間接的に計測する方法では正確な温度測定を行うに関して限界がある。この限界の要因としては、補償用センサの筐体内部における実装スペースの問題や筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化、熱電対ケーブルの熱伝導による影響などの不確定要素があげられ、特に温度の急変時など定常状態に至るまでの温度変化の過渡的な状態に正確に対応できないという問題がある。

本発明の目的は、温度補償用センサと熱電対の接続側端部との距離が離れていても正確に温度を測定できる温度補償装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明にかかる温度補償装置は、被測定対象物の温度を測定する計測用熱電対と、計測用熱電対の一方の接続部と離間した場所に設けられた温度補償用センサと、計測用熱電対の一方の接続部と温度補償用センサとの間の温度差を計測する補償用熱電対とを備え、計測用熱電対の他方の接続部に補償用熱電対の、温度補償用センサに接続された側の導体部と同一の材料からなる導体部を接続したことを特徴としている。

計測用熱電対の一方の接続部とこれに離間した位置にある温度補償用センサとをつなぐ金属により補償用熱電対を形成することで、従来は間接的にしか測定ができなかった計測用熱電対の接続部と温度補償用センサとの間の温度を直接計測する。

これによって、温度補償用センサの筐体内部における実装スペースの問題や筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化、熱電対ケーブルの熱伝導などによる影響を受けることなく、温度補償用センサと計測用熱電対の接続端子側の端部との距離が離れていても被測定対象物の温度を正確に測定する。

また、計測用熱電対の他方の接続部に補償用熱電対の、温度補償用センサに接続された側の導体部と同一の材料からなる導体部を接続することで、計測用熱電対の接続部と温度補償用センサとの間の温度差によって生じる起電力を完全にキャンセル（相殺）することができ、より正確な温度補償を行う。

また、本発明の請求項２に記載の温度補償装置は、筐体と、筐体外部にある被測定対象物の温度を測定する計測用熱電対と、計測用熱電対の一方の接続部と離間した場所であって筐体内部に収容された基板上に装着された温度補償用センサと、筐体内外を導通する接続子であって計測用熱電対の一方の接続部と当該接続子の筐体外部側にある一端とが接続された接続子と、接続子の筐体内部側にある他端と温度補償用センサとを導通接続する第１の弾性片と、接続子の筐体内部側にある他端と基板に設けられた補償用熱電対の計測回路とを導通接続する第２の弾性片とを備え、第１の弾性片と第２の弾性片とが協働して計測用熱電対の一方の接続部と温度補償用センサとの間の温度差を計測する補償用熱電対を構成するとともに、第１の弾性片と第２の弾性片に対して基板が着脱自在なことを特徴としている。

計測用熱電対の接続部とこれに離間した位置にある温度補償用センサとを導通接続する第１の弾性片と、当該接続部と補償用熱電対の計測回路とを導通接続する第２の弾性片とにより補償用熱電対を形成することで、従来は間接的にしか測定ができなかった計測用熱電対の接続部と温度補償用センサとの間の温度を直接計測する。これによって、温度補償用センサの筐体内部における実装スペースの問題や筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化、熱電対ケーブルの熱伝導などによる影響を受けることなく、温度補償用センサと計測用熱電対の接続部との距離が離れていても被測定対象物の温度を正確に測定する。

また、補償用熱電対を構成する第１の弾性片と第２の弾性片に対して温度補償用センサの装着された基板が着脱自在となっていることで、筐体内に基板を収容する場合に複雑な配線作業や結線作業を必要とせず、かつ簡単な作業で筐体内から基板を抜き去ることができる。すなわち、上述のような補償用熱電対を備えた構成においても、温度補償用センサの装着された基板を筐体から容易に着脱することができる。

以上説明したように、本発明にかかる温度補償装置は、計測用熱電対の一方の接続部とこれに離間した位置にある温度補償用センサとをつなぐ金属により補償用熱電対を形成することで、従来は間接的にしか測定ができなかった計測用熱電対の接続部と温度補償用センサとの間の温度を直接計測することが可能となった。

これによって、温度補償用センサの筐体内部における実装スペースの問題や筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化、熱電対ケーブルの熱伝導などによる影響を受けることなく、温度補償用センサと計測用熱電対の接続部との距離が離れていても被測定対象物の温度を正確に測定することが可能となった。

また、計測用熱電対の他方の接続部に補償用熱電対の、補償用センサに接続された側の導体部と同一の材料からなる導体部を接続することで、計測用熱電対の接続部と温度補償用センサとの間の温度差によって生じる起電力を完全にキャンセル（相殺）することができ、より正確な温度補償が可能となった。

また、本発明の請求項２に記載の温度補償装置は、計測用熱電対の一方の接続部とこれに離間した位置にある温度補償用センサとを導通接続する第１の弾性片と、当該接続部と補償用熱電対の計測部とを導通接続する第２の弾性片とにより補償用熱電対を形成することで、従来は間接的にしか測定ができなかった計測用熱電対の接続部と温度補償用センサとの間の温度を直接計測することが可能となった。これによって、温度補償用センサの筐体内部における実装スペースの問題や筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化、熱電対ケーブルの熱伝導などによる影響を受けることなく、温度補償用センサと計測用熱電対の接続部との距離が離れていても正確に温度を測定することができるようになった。

また、補償用熱電対を構成する第１の弾性片と第２の弾性片に対して温度補償用センサの装着された基板が着脱自在となっていることで、筐体内に基板を着脱する場合に複雑な配線作業や結線作業を必要とせず、かつ簡単な作業で筐体内から基板を抜き去ることができるようになった。すなわち、上述のような補償用熱電対を備えた構成においても、温度補償用センサの装着された基板の着脱を容易に行うことが可能となった。

以下、本発明の一実施形態にかかる温度補償装置について図面に基づいて説明する。なお、図１の回路ブロック図における各記号は以下の内容を表している。Ｔ１は例えば炉などの計測対象物における実際の温度を示し、Ｔ２は計測用熱電対の装置側接続部（以下、「接続部」とする）における実際の温度を示している。また、Ｔ３は温度補償用センサ（以下、「補償用センサ」とする）の装着された場所における実際の温度を示している。また、ｔ１は例えば炉などの計測対象の計測温度を示し、ｔ２は計測用熱電対の接続部の計測温度を示している。また、ｔ３は温度補償用センサが測定した計測温度を示している。

本発明の一実施形態にかかる温度補償装置１は、図１に示すように、被測定対象物の温度を測定する計測用熱電対１０（１１，１２）と、計測用熱電対１０の一方の接続部１１ａと離間した場所に設けられた補償用センサ３０と、計測用熱電対１０の一方の接続部１１ａと補償用センサ３０との間の温度差を計測する補償用熱電対２０（２１，２２）とを備えている。そして、計測用熱電対１０の他方の接続部１２ａには導体部１３が接続されている。

なお、ここで計測用熱電対１０の一方の接続部分１１ａと他方の接続部１２ａとの距離は極めて近いので、この接続部における実際の温度はともにＴ２とみなし、計測したこの接続部における温度もともにｔ２とみなす。

計測用熱電対１０は測定用接点１０ｂが例えば炉などの被測定対象物に取付けられ、接続部１１ａ，１２ａからなる基準接点が例えば温度測定機器の端子台などに接続される。そして、計測用熱電対１０の一方の接続部１１ａには補償用熱電対２０の接続部２０ａが接続されている。

補償用熱電対２０の一方の接続部２１ａはサーミスタ等からなる補償用センサ３０とＧＮＤとの間に接続され、他方の接続部２２ａは補償用熱電対計測回路２５に接続されている。また、補償用センサ３０は補償用センサ計測回路３５に接続されている。

一方、計測用熱電対１０の他方の接続部１２ａに接続された導体部１３は補償用熱電対２０の、補償用センサ３０に接続された側の導体部２１と同一の材料からなる。なお、導体部１３の長さは、補償用熱電対２０の導体部２１と同一の長さでも良く、異なった長さでも良い。また、導体部１３は計測用熱電対計測回路１５に接続されている。

また、計測用熱電対計測回路１５、補償用熱電対計測回路２５、補償用センサ計測回路３５は演算回路４０に接続されている。

以上の構成によって、計測用熱電対１０は被測定対象物の計測温度Ｔ１と接続部１２ａ及び１１ａの温度Ｔ２との温度差（Ｔ１−Ｔ２）に対応する計測電圧Ｖ１を出力する。計測用熱起電力Ｖ１は、計測用熱電対１０の他方の接続部とＧＮＤとの間に発生し、このＶ１は例えば基板上に設けられた計測用熱電対計測回路１５によって測定されるようになっている。

また、補償用熱電対２０の他方の接続部２２ａとＧＮＤとの間には補償用熱起電力Ｖ２が発生し、このＶ２は例えば基板上に設けられた補償用熱電対計測回路２５によって測定されるようになっている。なお、このＶ２は、一方の接続部１１ａと補償用センサ３０間の実際の温度差（Ｔ２−Ｔ３）に対応している。

また、一端がＧＮＤに接続された補償用センサ３０の他端には補償用センサ出力Ｖ３が発生し、この補償用センサ出力Ｖ３は例えば基板上に設けられた補償用センサ計測回路３５によって測定されるようになっている。

以上の構成により、補償用センサ出力Ｖ３より補償用センサ３０における温度が測定可能であり、補償用センサ計測回路３５により、補償用センサ３０の温度ｔ３を得る。そして、補償用熱電対計測回路２５によって測定された補償用熱起電力Ｖ２に対してｔ３の温度補正を行うことにより、接続部の温度が測定可能である。ここで、演算回路４０においてこの温度補正によって得られた接続部の温度をｔ２とする。すなわち、｛接続部の計測温度ｔ２｝＝｛補償用センサにおける計測温度ｔ３｝＋｛接続部と補償用センサ３０との温度差（補償用熱起電力Ｖ２と計測温度ｔ３とから算出）｝となる。ここで、補償用熱起電力Ｖ２と計測温度ｔ３とからこの温度差を求める理由は、熱電対の特性に基づくものであり、詳細には計測温度ｔ３に対応する補償用熱起電力Ｖ２で表される温度差が、計測温度ｔ３の具体的値に応じて変わってくるからである。

続いて、計測用熱電対１０の計測電圧Ｖ１に対して接続部の温度ｔ２の温度補正を演算回路４０において行うことにより、計測対象の温度ｔ１が演算回路４０によって求まる。ここで、｛被測定対象物の計測温度ｔ１｝＝｛接続部の計測温度ｔ２｝＋｛被測定対象物の温度と接続部との温度差（計測用熱起電力Ｖ１と接続部の計測温度ｔ２から算出）｝となる。なお、計測用熱起電力Ｖ１と計測温度ｔ２とからこの温度差を求める理由は、上述の理由と同様である。

そして、上述の計測した温度は各々、ｔ１＝Ｔ１、ｔ２＝Ｔ２、ｔ３＝Ｔ３となり、被測定対象物の実際の温度Ｔ１を正確に求めることができる。

また、筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化などの外乱により補償用センサ３０の装着された場所における実際の温度Ｔ３や計測用熱電対の接続部における実際の温度Ｔ２が変化したとしても、補償用センサ３０及び補償用センサ計測回路３５によって得られた計測温度ｔ３やこの計測温度ｔ３に補償用熱電対計測回路２５によって温度補正することで得られた接続部の温度ｔ２が実際の温度変化に対応して正確に計測可能であり、このような外乱による温度変化の過渡的状態においても常にＴ１＝ｔ１となって計測誤差は生じない。

なお、他方の接続部１２ａと計測用熱電対計測回路１５間においては、補償用熱電対２０の、補償用センサ側に接続された導体部２１と同じ材質の導体部１３を使用しているので、接続部と補償用センサ間の温度差に基づく接続部１１ａとＧＮＤ間の起電力及び接続部１２ａと計測用熱電対計測回路１５間の起電力を完全に相殺することができ、測定温度の誤差が発生しなくなる。その結果、接続部と補償用センサ間の熱起電力が被測定対象物における実際の温度Ｔ１を測定する上で計測用熱電対１０の計測電圧Ｖ１に影響を与えることはない。

また、計測用熱電対計測回路１５が実装された基板上に温度差がある場合においては、基板のパターンも補償用熱電対２０の、補償用センサ側に接続された導体部２１と同じ材質でパターンを形成することで、この部分における温度差で発生する熱起電力による計測誤差をなくすことも可能である。

また、例えば導体部２１を基板パターンと同じ銅で構成し、導体部２２をコンスタンタンで構成することで、導体部２１と基板パターンとの接触部の温度が導体部２２と基板パターンのいずれかの部位の温度と一致するようになるので、導体部２１と基板パターンの接触部の温度と導体部２２と基板パターンの接触部の温度とを厳密に一致させる必要がなくなる。これによって、導体部２１，２２と基板パターンとの設計の自由度が向上する。

以上、説明したように、基板上の補償用センサ３０と一方の接続部１１ａをつなぐとともに基板上の補償用熱電対計測回路２５と一方の接続部１１ａをつなぐ金属により補償用熱電対２０を形成することで、従来は間接的にしか測定ができなかった接続部１１ａ，１２ａと補償用センサ３０間の温度を直接計測することが可能となった。

また、計測用熱電対１０の他方の接続部１２ａと計測用熱電対計測回路１５との間の導体部１３を補償用熱電対２０の、補償用センサ側における導体部２１と同一の材質で形成することにより、接続部と補償用センサ間の温度差に基づく接続部１１ａとＧＮＤ間の起電力及び接続部１２ａと計測用熱電対計測回路１５間の起電力を完全に相殺することができた。また、このような導体部１３を設けることで、接着剤を使わずに直接補償用熱電対２０を接続することができ片側に導通をもたらすことが可能となった。これによって、補償用センサ３０と計測用熱電対１０の接続部との距離が離れていた場合、補償用センサ３０や一方の接続部１１ａにおいて過渡的な温度変化があったとしても、被測定対象物の温度を正確に測定することができるようになった。

続いて、上述の温度補償装置１の実施形態をより具体化した実施形態について説明する。この実施形態は、その具体化した構造に基づき以下に説明する課題も解決することができる。以下、この課題について説明する。

一般に熱電対を利用して被測定対象物の温度測定を行う温度調節計は、制御パネルの内側に本体部が取付けられるとともに、マスク部が前面パネルに取付けられ、マスク部に基板が垂直に取付けられた構造となっている。そして、かかる温度調節計特有の構造として、マスク部が制御盤の前面パネルから着脱自在になると同時にマスク部に取付けられた基板も温度調節計本体から着脱自在となることが必要とされる。そのため、温度調節計本体の後部には弾性片の備わった端子台が取付けられるとともに、基板後端が端子台の弾性片に着脱自在に係合するようになっており、この部分においてエッジコネクタの形態をなしている。

このように、マスク部を制御盤の前面パネルから着脱する関係上、マスク部に取付けられた基板の端部と端子台とをなるべく手間をかけずに着脱する必要がある。従って、上述した課題を解決する補償用熱電対を備えた構成においても基板が筐体に対して着脱容易な構造が求められる。

以下、この具体化した実施形態の構成及び作用について図面に基づいて説明する。

本発明の具体化した実施形態にかかる温度補償装置１００は、図２に示すように、筐体１０１と、筐体外部にある被測定対象物の温度を測定する計測用熱電対１１０（１１１，１１２）と、計測用熱電対１１０の装置側接続部（以下、「接続部」とする）と離間した場所であって筐体内部に収容された基板１０２に装着された補償用温度センサ（以下、「補償用センサ」とする）１３０とを備えている。また、温度補償装置１００は、筐体内外を導通する端子台（接続子）１０３を筐体１０１の後端部（前面パネルと反対側端部）に備えている。そして、端子台１０３において、計測用熱電対１１０の一端と端子台１０３の筐体外部側にある一端とが接続されている。また、温度補償装置１００は、端子台１０３の筐体内部側にある他端と基板１０２に実装された補償用センサ１３０とを導通接続する第１の金属板（第１の弾性片）１２１と、端子台１０３の他端と基板１０２に設けられた補償用熱電対計測回路１２５とを導通接続する第２の金属板（第２の弾性片）１２２とを備えている。そして、第１の金属板１２１と第２の金属板１２２は異種金属からなる補償用熱電対１２０を構成している。

第１の金属板１２１と第２の金属板１２２はそれぞれ板状の異種金属を図２に示すように端子台１０３への取付け状態で見て基板１０２を挟み込むような形状に折曲してできている。すなわち、第１の金属板１２１と第２の金属板１２２の先端部はそれぞれ側面視でフック状に折り曲げられ、可撓性を有する片持ち梁状の弾性片をなしている。そして、第１の金属板１２１と第２の金属板１２２の基端部には図示しないネジ締め用の取付け孔が穿設され、この取付け孔を介して計測用熱電対１１０の接続部と端子台１０３のターミナル１０３ａとの間に取付け可能となっている。

なお、第１の金属板１２１と第２の金属板１２２の先端部は第１の折り曲げ部１２１ｘ，１２２ｘとこれより先端側に形成された第２の折り曲げ部１２１ｙ，１２２ｙとからなり、第１の折り曲げ部１２１ｘ，１２２ｘによって基板１０２を金属板間に差し込み易くして、第２の折り曲げ部１２１ｙ，１２２ｙによって基板１０２を金属板間から抜け易くしている。また、第１の金属板１２１及び第２の金属板１２２の一部には打ち抜き加工等により曲げ起こし部１２１ｃ，１２２ｃが形成され、曲げ起こし部１２１ｃ，１２２ｃを筐体１０１の係合孔部１０１ａに係合させることで、第１の金属板１２１，１２２を筐体１０１及び筐体１０１に取付けられた端子台１０３に固定するようになっている。

このように、弾性片をなす第１の金属板１２１と第２の金属板１２２は端子台１０３と筐体１０１にしっかりと固定されるとともに第１の金属板１２１と第２の金属板１２２が協働して基板１０２の端部を着脱自在に挟持するようになっている。

第１の金属板１２１の端部である補償用熱電対１２０の一方の接続部１２１ａは一端がサーミスタ等からなる補償用センサ１３０とＧＮＤとの間に接続され、第２の金属板１２２の端部である補償用熱電対の他方の接続部１２２ａは補償用熱電対計測回路１２５に接続されている。また、補償用センサ１３０は補償用センサ計測回路１３５に接続されている。

計測用熱電対１１０は測定用接点１１０ｂが例えば炉などの被測定対象物に取付けられ、接続部１１０ａ（１１１ａ，１１２ａ）をなす基準接点が上述した端子台１０３に接続されている。そして、計測用熱電対１１０の基準接点の一端には第１の金属板１２１と第２の金属板１２２が接続されている。

基板１０２には本実施形態の場合、基板１０２の片側面（図中、下側面）に補償用センサ１３０及びこれと導通した補償用センサ計測回路１３５が実装されている。また、基板１０２の反対側面（図中、上側面）には補償用熱電対計測回路１２５が実装されている。なお、補償用センサ１３０、補償用センサ計測回路１３５、補償用熱電対計測回路１２５は本実施形態の場合いわゆるＳＭＴと呼ばれる表面実装技術により基板上に実装されているが、本発明においては必ずしもこのように基板上に装着されている必要はない。また、基板上の各計測回路のパターン及び補償用センサのパターンは、そのパターン上における温度差が温度計測に影響が出ないように形成するのが良い。

また、基板１０２の一側面には補償用センサ１３０と第１の金属板１２１との導通を図る接触パッド１０２ａが延在している。同様に基板１０２の他側面には補償用熱電対計測回路１２５と第２の金属板１２２との導通を図る接触パッド１０２ｂが延在している。

一方、計測用熱電対１１０の他方の接続部１１２ａも端子台１０３を介して上述した第１の金属板１２１、第２の金属板１２２と同等の外観構成を有する第３の金属板１１３に接続されている。そして、第３の金属板１１３も図２に示す具体的な実施形態において説明の明確化上別基板として図示した基板１０２’の導体パッド１０２ｃに弾性接触している。なお、第３の金属板１１３は第１の金属板１２１と同じ材質でできており、端子台１０３と基板１０２間の温度差が熱起電力として計測用熱電対に影響するのを排除するようになっている。なお、第３の金属板１１３の長さは補償用熱電対１２０の補償用センサ１３０と接続された側の第１の金属板１２１と同一の長さでも良く、異なった長さでも良い。そして、第３の金属板１１３の他端は基板１０２’の接触パッド１０２ｃを介して計測用熱電対計測回路１１５に接続されている。

また、以上説明した第１の金属板１２１及び第２の金属板１２２は、図２に示すように別の部品の組み合わせから構成しても良く、若しくは１つの部品の一部に異種金属を貼着又はメッキなどで追加工して構成しても良い。いずれの構成によっても、第１の金属板１２１と第２の金属板１２２によって起電力を発生させて補償用熱電対１２０としての機能を発揮させることができる。

また、基板１０２及び基板１０２’は筐体１０１の前面開口部に着脱自在に取付けられた図示しないマスク部に垂直に取付けられ、図中矢印Ａ方向で示すように筐体１０１に対して着脱できるようになっている。

続いて、このような構成を有する温度補償装置１００の作用について説明する。

以上の構成を有することにより、計測用熱電対１１０の他方の接続部１１２ａとＧＮＤとの間には計測用熱起電力Ｖ１が発生する。すなわち、計測用熱電対１１０は被測定対象物の計測温度Ｔ１と接続部の温度Ｔ２との温度差（Ｔ１−Ｔ２）を計測して、計測用熱電対の計測電圧Ｖ１として出力する。このＶ１は基板上に設けられた計測用熱電対計測回路１１５によって測定される。

また、第１の金属板１２１と第２の金属板１２２から構成される補償用熱電対１２０の、第２の金属板１２２の端部とＧＮＤとの間には補償用熱起電力Ｖ２が発生し、このＶ２は基板上に設けられた補償用熱電対計測回路１２５によって測定される。なお、このＶ２は、接続部と補償用センサ１３０間の温度差（Ｔ２−Ｔ３）に対応している。

また、一端がＧＮＤに接続された補償用センサ１３０の他端には補償用センサ１３０の出力Ｖ３が発生し、この出力Ｖ３は基板上に設けられた補償用センサ計測回路１３５によって測定される。

ここで、補償用センサ出力Ｖ３より補償用センサ１３０の温度が測定可能であり、補償用センサ計測回路１３５により補償用センサ１３０の温度ｔ３を得る。そして、補償用熱電対計測回路１２５によって測定された補償用熱起電力Ｖ２に対して、図２には示さない演算回路によってｔ３の温度補正を行うことにより、接続部の温度ｔ２を得る。すなわち、｛接続部の計測温度ｔ２｝＝｛補償用センサにおける計測温度ｔ３｝＋｛接続部と補償用センサとの温度差（補償用熱起電力Ｖ２と計測温度ｔ３とから算出）｝となる。ここで、補償用熱起電力Ｖ２と計測温度ｔ３とからこの温度差を求める理由は、熱電対の特性に基づくものであり、詳細には計測温度ｔ３に対応する補償用熱起電力Ｖ２で表される温度差が、計測温度ｔ３の具体的値に応じて変わってくるからである。

なお、計測用熱電対１１０の一方の接続部分１１１ａと他方の接続部１１２ａとの距離は極めて近いので、この接続部における実際の温度はともにＴ２とみなし、計測したこの接続部における温度もともにｔ２とみなす。

続いて、計測用熱電対計測回路１１５によって測定された計測用熱電対１１０の計測電圧Ｖ１に対して接続部の温度ｔ２の温度補正を図示しない演算回路によって行うことにより、被測定対象物の温度ｔ１を測定する。ここで、｛被測定対象物の計測温度ｔ１｝＝｛接続部の計測温度ｔ２｝＋｛被測定対象物の温度と接続部との温度差（計測用熱起電力Ｖ１と接続部の計測温度ｔ２から算出）｝となる。なお、計測用熱起電力Ｖ１と計測温度ｔ２とからこの温度差を求める理由は、上述の理由と同様である。

そして、上述の計測した温度は各々、ｔ１＝Ｔ１、ｔ２＝Ｔ２、ｔ３＝Ｔ３（実際の温度分布Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３は図２参照）となり、計測対象物の実際の温度Ｔ１を正確に求めることができる。

これによって、筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化などの外乱により、計測用熱電対１１０の接続部における実際の温度Ｔ２が補償用センサ１３０の装着された場所における実際の温度Ｔ３と異なるように変化したとしても、補償用センサ１３０及び補償用センサ計測回路１３５によって得られた計測温度ｔ３やこの計測温度ｔ３を用いて補償用熱電対計測回路１２５によって温度補正することで得られた接続部の温度ｔ２を実際の温度変化に対応して正確に計測でき、その結果、このような温度変化の過渡的な状態であっても常にＴ１＝ｔ１となり計測誤差が生じなくなる。

なお、端子台１０３と計測用熱電対計測回路１１５間においては、補償用センサ側に接続された第１の金属板１２１と同じ材質の第３の金属板１１３を使用しているので、この部分における温度差に起因して発生する熱起電力を相殺させることで誤差が発生しなくなる。すなわち、端子台１０３と補償用センサ１３０間の熱起電力が被測定対象物における実際の温度Ｔ１を測定する上で計測用熱電対の計測電圧Ｖ１に影響を与えることはない。

また、計測用熱電対計測回路１１５が実装された基板上に温度差がある場合においては、計測用熱電対計測回路１１５と第３の金属板１１３を導通させる基板１０２のパターンを補償用センサ側に接続された補償用熱電対１２０の第１の金属板１２１と同じ材質で形成することで、接続部と補償用センサ間の温度差に基づく接続部１１１ａとＧＮＤ間の起電力及び接続部１１２ａと計測用熱電対計測回路１１５間の起電力を完全に相殺することができ、この部分における温度差に起因して発生する熱起電力による計測誤差をなくすことも可能である。

また、例えば金属板１２１を接触パッド１０２ａ，１０２ｂと同じ銅で構成し、金属板１２２をコンスタンタンで構成することで、特定の条件下において接触パッド１０２ａと接触パッド１０２ｂとの間に温度差が生じても補償用センサ１３０と端子台１０３間の温度差を正確に測定することができる。

なお、この条件とは、条件１（接触パッド１０２ａの実際の温度が計測回路１２５，１３５の実際の温度以下であり、かつ接触パッド１０２ｂの実際の温度以上である場合）又は、条件２（接触パッド１０２ａの実際の温度が計測回路１２５，１３５の実際の温度以上であり、かつ接触パッド１０２ｂの実際の温度以下である場合）の何れかの条件下である。

このように金属板１２２と接触パッド１０２ａの接触部の温度と金属板１２２と接触パッド１０２ｂの接触部の温度とを厳密に一致させる必要がなくなることで、金属板１２１，１２２と接触パッド１０２ａ，１０２ｂの設計の自由度が向上する。

以上、説明したように、基板上の補償用センサ１３０の接続パターンと計測用熱電対１１０の接続部１１１ａをつなぐ第１の金属板１２１と、基板上の補償用熱電対計測回路１２５の接続パターンと計測用熱電対１１０の接続部１１１ａをつなぐ第２の金属板１２２とにより補償用熱電対１２０を形成することで、従来は間接的にしか測定ができなかった接続部と補償用センサ間の温度を直接計測することが可能となった。これによって、補償用センサ１３０の筐体内部における実装スペースの問題や筐体内部の電子部品の発熱、筐体外部の風などによる温度の急激な変化、熱電対ケーブルの熱伝導などによる影響を受けることなく、補償用センサ１３０と計測用熱電対１１０の接続端子側の端部との距離が離れていても被測定対象物の温度を正確に測定できるようになった。

また、計測用熱電対１１０の接続部１１２ａと計測用熱電対計測回路１１５とを導通する第３の金属板１１３を補償用熱電対１２０の補償用センサ側における第１の金属板１２１と同一の材質で形成することにより、接続部と補償用センサ間の温度差に基づく熱起電力を完全に相殺できるようになった。また、第３の金属板１１３を設けることで、接着剤を使わずに直接ネジ等で強固に固定することが可能となり、補償用熱電対１２０の片側に導通をもたらすことができるようになった。このことにより、熱伝導と接続の強度の向上が実現でき、構造も簡略化できる。

また、温度調節計が制御パネルの内側に本体部が取付けられ、マスク部は前面パネルに取付けられ、かつマスク部に基板が立設している構造を有している場合、温度調節計本体の後部に第１の金属板１２１，第２の金属板１２２、第３の金属板１１３からなる弾性片の備わった端子台１０３を取付けるとともに、基板後端を端子台１０３の弾性片に着脱自在に係合させることで、エッジコネクタの形態をなすことが可能となった。

また、弾性片からなる第１の金属板１２１と第２の金属板１２２で補償用熱電対１２０を構成させることにより、補償用熱電対１２０を備えているにも係わらず、筐体１０１からの基板１０２，１０２’の着脱を容易に行うことができるようになった（図２における矢印Ａ参照）。

また、マスク部を制御盤の前面パネルから着脱すると同時にマスク部に垂直に取付けられた基板１０２，１０２’を温度調節計本体から容易に着脱できるようになった。そして、本機能により生産時の組立ての容易さと客先でのメンテナンス、修理等の作業がやり易くなった。

なお、図２に示した上述の構成と異なる変形例として、図３に示すように、図１の温度補償装置１を実現するために二種類の材質からなる金属板２２０を基板の片側面上において同一方向に延在させた補償用熱電対の構造をとっても良い。すなわち、この変形例では、金属板２２１と金属板２２２を基板２０２の同一の面に接触させている。そして、筐体２０１には端子台２０３が備わり、端子台２０３の一方の端子部には異なる金属又は同一の金属の半部に異なる金属を貼着又はメッキなどで追加工した金属板２２１と金属板２２２が備わっている。

基板上には同一面（図中、上面）に補償用センサ計測回路２３５、補償用熱電対計測回路２２５、計測用熱電対計測回路２１５が実装されている。また、基板２０２において補償用センサ計測回路２３５から補償用センサ２３０と金属板接触のための導体パッド２０２ａが延在している。また、基板２０２において補償用熱電対計測回路２２５から金属板接触のための導体パッド２０２ｂが延在している。そして、計測用熱電対計測回路２１５にも金属板接触のための導体パッド２０２ｃが形成されている。

金属板２２１は導体パッド２０２ａを介して補償用センサ２３０及び補償用センサ計測回路２３５に導通接続されている。また、金属板２２２は導体パッド２０２ｂを介して補償用熱電対計測回路２２５に導通接続されている。また、金属板２１３は導体パッド２０２ｃを介して計測用熱電対計測回路２１５に導通接続されている。なお、金属板２１３は、金属板２２１と同一材料の金属又は導電性を有する材質でできている。また、端子台２０３の一方の端子と片方の端子には計測用熱電対２１０の接続部の一端と他端が接続されている。なお、このとき基板上の計測回路並びに補償用センサ２３０のパターンは、パターン上の温度差が計測に影響が出ないように形成されている。

以上のような構成を有していても図２に示した具体化した実施形態と同一の作用効果を有することが可能である。

一方、図３に示した構成の変形例として以下に示すものが考えられる。具体的には、図４に示すように補償用センサ２３０’を第２の金属板２２２’に接触する接触パッド２０２ｂ’側に設けると共に、補償用センサ計測回路２３５’を当該補償用センサ２３０’に接続する。また、第１の金属板２２１’には、接触パッド２０２ａ’を介して補償用熱電対計測回路２２５’を設ける。そして、回路パターン並びにすべての接触パッド２０２ａ’，２０２ｂ’，２０２ｃ’と接触パッド２０２ａ’に接触した第１の金属板２２１’を例えば銅（Ｃｕ）などの同一の材質で形成する。

一方、補償用センサ２３０’側の第２の金属板２２２’と計測用熱電対計測回路２１５’側の接触パッド２０２ｃ’に接触する第３の金属板２１３’は上述の金属とは異なる例えばコンスタンタンなどで形成する。このような関係に材質を分けてこれらの要素を構成することで、特定の条件下において接触パッド２０２ｂ’と接触パッド２０２ａ’との間に温度差が生じても（図４に示す実際の温度分布Ｔ３ａ、Ｔ３ｂ、及びＴ４比較参照）、すなわち、これらの基板パターン間に温度差が生じても補償用センサ２３０’と端子台２０３間の温度差を正確に測定することができる。

なお、この条件とは、図４に示すように、条件１（接触パッド２０２ｂ’の実際の温度Ｔ３ｂが計測回路２２５’，２３５’の実際の温度Ｔ４以下であり、かつ接触パッド２０２ａ’の実際の温度Ｔ３ａ以上である場合）、又は条件２（接触パッド２０２ｂ’の実際の温度Ｔ３ｂが計測回路２２５’，２３５’の実際の温度Ｔ４以上であり、かつ接触パッド２０２ａ’の実際の温度Ｔ３ａ以下である場合）の何れかの条件下である。

一方、接触パッドを構成するパターンの耐腐食性を要求したい場合は、上述の銅を用いた接触パッド２０２ａ’〜２０２ｃ’やこれに続くパターン、金属板２２１’を全てあるいは一部だけ銅の代わりに銅と素材の熱起電力がほぼ等しい金（Ａｕ）を用いて構成するか金メッキを施すのが良い。この場合、コンスタンタンで構成された金属板２１３’，２２２’の接触パッドとの接触部には金メッキを施すのが好ましい。これによって、基板パターンの耐腐食性を向上させながら、接触パッド２０２ｂ’と接触パッド２０２ａ’との間に温度差が生じても補償用センサ２３０’と端子台２０３’間の温度差を正確に測定することができる。

また、上述の構成と異なる更なる変形例として、図５に示すように、図２及び図３に示した金属板（弾性片）の代わりに導線３２１，３２２，３１３を用いてその先端に丸型端子３２１ａ，３２２ａ，３１３ａを備え、筐体外部のターミナルにネジで丸型端子３２１ａ，３２２ａ，３１３ａを固定するようにしても良い。なお、その他の構成については、図２及び図３に示した具体的な実施形態と同等であるので、詳細な説明を省略する。これによって、図中、二点鎖線で示すように、丸型端子３２１ａ，３２２ａ，３１３ａを端子台３０３から外すことで導線３２１，３２２，３１３の結線も外すことができ、筐体３０１から基板３０２，３０２’も容易に抜き去ることが可能となる（図５中、矢印Ｂ参照）。

このように離れた位置にあるコネクタ、端子台等からなる他の端子へ基板の各計測回路や補償用センサから補償用熱電対の素線又は熱起電力が生じる部材を介して接続できれば、素線を板、棒等の他の形状や材質から構成しても良い。また、端子以外にも計測用熱電対の端子と温度が等しい場所に補償用熱電対の一部を接続しても良い。

また、端子台を備える代わりに、コネクタを筐体の接続部に設けて、この脚に補償用熱電対や基板の導体パッドを接続しても良い。

また、上述の実施形態においては各計測回路や演算回路を別体として記載したが、これらは一体として構成されていても良い。また、図２には基板１０２と基板１０２’を別体として記載したが、これらは１つの基板であっても構わない。

上述の具体的な実施形態においては、熱電対を備えた温度調節計に基づいて説明したが、必ずしもこれに限定される必要がなく、熱電対を備えた温度測定装置であればいかなるものにも本発明を利用可能である。

本発明の一実施形態にかかる温度補償装置の概略構成を示した回路ブロック図である。図１に示した実施形態をより具体化した実施形態の側面図である。図２に示した実施形態の変形例を示した平面図である。図３の更なる変形例を示した平面図である。図２に示した実施形態の別の変形例を示した断面図である。

符号の説明

１温度補償装置
１０（１１，１２）計測用熱電対
１０ｂ測定用接点
１１ａ，１１ｂ接続部
１２ａ他方の接続部
１３導体部
１５計測用熱電対計測回路
２０（２１，２２）補償用熱電対
２２ａ接続部
２５補償用熱電対計測回路
３０補償用センサ
３５補償用センサ計測回路
４０演算回路
１００温度補償装置
１０１筐体
１０１ａ係合孔部
１０２，１０２’ 基板
１０２ａ，１０２ｂ接触パッド
１０３端子台（接続子）
１０３ａターミナル
１１０（１１１，１１２）計測用熱電対
１１０ａ接続部
１１０ｂ測定用接点
１１１ａ，１１２ａ接続部
１１３第３の金属板
１１５計測用熱電対計測回路
１２０補償用熱電対
１２１第１の金属板（第１の弾性片）
１２１ａ一方の接続部
１２１ｃ，１２２ｃ曲げ起こし部
１２１ｘ，１２２ｘ第１の折り曲げ部
１２１ｙ，１２２ｙ第２の折り曲げ部
１２２第２の金属板（第２の弾性片）
１２２ａ他方の接続部
１２５補償用熱電対計測回路
１３０補償用センサ
１３５補償用センサ計測回路
２０１筐体
２０２，２０２’ 基板
２０２ａ，２０２ａ’ 導体パッド
２０２ｂ，２０２ｂ’ 導体パッド
２０２ｃ，２０２ｃ’ 導体パッド
２０３，２０３’ 端子台
２１３，２１３’ 金属板
２１５，２１５’ 計測用熱電対計測回路
２２１，２２１’ 金属板
２２２，２２２’ 金属板
２２５，２２５’ 補償用熱電対計測回路
２３０，２３０’ 補償用センサ
２３５，２３５’ 補償用センサ計測回路
３０１筐体
３０２，３０２’ 基板
３０３端子台
３２１，３２２，３１３導線
３２１ａ，３２２ａ，３１３ａ丸型端子

Claims

被測定対象物の温度を測定する計測用熱電対と、
前記計測用熱電対の一方の接続部と離間した場所に設けられた温度補償用センサと、
前記計測用熱電対の一方の接続部と温度補償用センサとの間の温度差を計測する補償用熱電対とを備え、
前記計測用熱電対の他方の接続部に前記補償用熱電対の、前記温度補償用センサに接続された側の導体部と同一の材料からなる導体部を接続したことを特徴とする温度補償装置。
筐体と、
筐体外部にある被測定対象物の温度を測定する計測用熱電対と、
前記計測用熱電対の一方の接続部と離間した場所であって筐体内部に収容された基板上に装着された温度補償用センサと、
前記筐体内外を導通する接続子であって前記計測用熱電対の一方の接続部と当該接続子の筐体外部側にある一端とが接続された接続子と、
前記接続子の筐体内部側にある他端と前記温度補償用センサとを導通接続する第１の弾性片と、
前記接続子の筐体内部側にある他端と前記基板に設けられた補償用熱電対の計測回路とを導通接続する第２の弾性片とを備え、
前記第１の弾性片と第２の弾性片とが協働して前記計測用熱電対の一方の接続部と温度補償用センサとの間の温度差を計測する補償用熱電対を構成するとともに、前記第１の弾性片と第２の弾性片に対して前記基板が着脱自在なことを特徴とする温度補償装置。