JP4278097B2 - 温度補償装置 - Google Patents

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し、より詳細には複数の熱電対とこれより少ない個数の補償用温度センサを用いた場合に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測定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）が備わっている。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、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）

一方、熱電対を用いた温度補償装置のなかにはいわゆる記録計やボードコントローラのように多数の端子（接続部）を備え、これらの端子に複数の熱電対を接続し、各熱電対を利用して異なる被測定対象物の温度を個別に測定する温度補償装置がある。具体的には、例えば記録計の場合、一つの温度補償装置に熱電対が１０個ほど接続されているものがある。また、ボードコントローラの場合、一つの温度補償装置に熱電対が８個ほど接続されているものがある。なお、ボードコントローラはその基板自体が露出しており外部からの熱の影響を受けやすくなっている。

このように複数の熱電対との接続部（接続端子）を有する機器では、個々の熱電対の接続部が離れているので、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により、各接続部間に温度差が生じる。特に温度の急変時など定常状態に至るまでの温度の過渡的変化において各接続部間の温度差が顕著になる。従って、適切な温度補償を行ってこのような温度の急変時に正確に対応する必要がある。

かかる温度補償の方法として、複数の補償用センサを各熱電対にそれぞれ対応するように備えるか、１つの補償用センサを使用して各熱電対の入力に対して予想される一定の温度バイアスを加えて接続部の温度差を補償する方法が考えられる。

しかしながら、各熱電対の接続部における温度補償を異なる補償用センサで個別に行うと、補償用センサを各熱電対の接続部ごとに設けなければならず、複数の補償用センサが必要となってコスト高を招く。

また、一つの補償用センサを用いて各熱電対の接続部の温度補償を行う場合、補償用センサの備わった近傍の接続部と他の接続部との温度差を接続部ごとにソフトウエア又はハードウエアによって予想値として求め、この予想値に基づいて補正を行う必要がある。

しかしながら、このような構成によっても、内部発熱、外部の熱源、風等による温度変化の過渡現象の正確な補償を実現するのは困難である。

一方、上述の特許文献１乃至特許文献３に記載の温度補償装置では、接続端子と筐体内部の基板との温度差を補償する構造を開示したに過ぎず、多数の熱電対を備えた機器の各接続部間の温度差を補償する構成を開示しているものではない。

本発明の目的は、複数の熱電対とこれより少ない個数の補償用温度センサを用いた場合に正確な温度測定を可能とす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、複数の被測定物の温度を複数の熱電対と一つの補償用温度センサを介して測定する温度補償装置において、補償用温度センサに対応して配置された基準となる一方の接続部と、一方の接続部と離間して配置され、一方の接続部に接続される計測用熱電対と異なる計測用熱電対が接続される他方の接続部と、一方の接続部と他方の接続部との間の温度差を計測するための温度補償用熱電対と、他方の接続部に接続された計測用熱電対を用いて被測定対象物の温度を測る温度測定回路と温度補償用熱電対を介して前記接続部間の温度差を測る接続部間温度差測定回路を切り替える切り替え手段を備え、測定した接続部間の温度差と一方の接続部の温度により他方の接続部における温度を求め、当該温度に基づいて他方の接続部に接続された計測用熱電対による測定温度を補正することを特徴としている。

各接続部間にこの接続部間の温度差を測定するための温度補償用熱電対を備えているので、接続された計測用熱電対の個数よりも少ない個数の補償用センサを用いて接続部間の温度差を補償しながら被測定対象物の温度を正確に測定することができる。

また、本発明の請求項２に記載の温度補償装置は、請求項１に記載の温度補償装置において、切り替え手段が所定の周期で動作することを特徴としている。

機器内部の発熱や機器外部への風の影響によって接続部間に温度差が生じても、切り替え手段が所定の周期で動作することでこの温度差による影響を受けずに被測定対象物の温度を正確に測定することができる。

また、本発明の請求項３に記載の温度補償装置は、請求項１又は請求項２に記載の温度補償装置において、各計測用熱電対による被測定対象物の温度測定回路と温度補償用熱電対による接続部間温度差測定回路とを被測定対象物の温度測定時と接続部間温度差測定時に電気的に切り離すスイッチ手段を更に備えたことを特徴としている。

被測定対象物の温度測定回路と温度補償用熱電対による接続部間の温度差測定回路とをスイッチ手段によって電気的に完全に分離することができ、互いの回路からノイズが重畳して測定温度に誤差が生じるのを防止する。

以上説明したように、本発明にかかる温度補償装置は、複数の計測用熱電対とこれより少ない個数の補償用温度センサを備え、各計測用熱電対の接続された被測定対象物の温度測定を行うにあたって、各計測用熱電対の接続された接続部間に温度差が生じても、温度変化の過渡状態を含めて測定温度の正確な補正が可能となる。

以下、本発明の第１の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。本発明の第１の実施形態にかかる温度補償装置１は、例えば記録計などに使用される装置で、複数の被測定対象物の温度を複数の計測用熱電対と一つの補償用温度センサ（以下、「補償用センサ」とする）を介して測定する温度補償装置である。なお、本実施形態における温度補償装置１は、図１に示すように、１つの補償用センサに対して２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２が使用されるようになっている。

具体的には、温度補償装置１は、二点鎖線で示す筐体１００に接続端子を備え、接続端子には第１の接続部（一方の接続部）１１０（１１０ａ，１１０ｂ）と第２の接続部（他方の接続部）１２０（１２０ａ，１２０ｂ）が互いに離間して配置されている。そして、第１の接続部１１０には第１の計測用熱電対ＴＣ１が接続され、第２の接続部１２０には第２の計測用熱電対ＴＣ２が接続されている。また、筐体内部には第１の接続部近傍にサーミスタ等からなる補償用センサ１３０が配置されるとともに、補償用センサ１３０にＴＣ１端子温度補償センサ計測回路１３５が電気的に接続されている。また、第１の接続部１１０にはこれに加えて計測用ＴＣ１入力回路１１５が電気的に接続されている。

一方、第２の接続部１２０のマイナス端子側には切り替えスイッチＳ１が接続されている。なお、切り替えスイッチＳ１は第２の接続部１２０のマイナス端子１２０ａを導体部１６１を介して切り替えスイッチＳ１のＣ１１はＣ１３側に接続するか、アースＣ１２側に接続するかの切り替えを行う。

また、第２の接続部１２０のプラス端子側には切り替えスイッチＳ２が接続されている。そして、切り替えスイッチＳ２のＣ２３には計測用ＴＣ２入力回路１２５及び端子間温度差補正用ＴＣ入力回路１４５が電気的に接続されている。

なお、切り替えスイッチＳ２はＣ２１とＣ２３を閉じて導体部１６２を計測用ＴＣ２入力回路１２５に接続するか、Ｃ２２とＣ２３を閉じ且つ切り替えスイッチＳ１のＣ１３とＣ１１を閉じてＴＣ１端子間温度差補正用ＴＣ入力回路１４５に接続するかの切り替えを行う。なお、切り替えスイッチＳ１と切り替えスイッチＳ２とは所定の周期で動作するようになっている。

以上の補償用センサ１３０、スイッチＳ１、スイッチＳ２、及び４つの回路は筐体内部に収容された回路基板（図示せず）に実装されている。また、図中、補償用センサ１３０、スイッチＳ１、スイッチＳ２、及びアースは回路基板上に形成された配線パターンを介して電気的に接続されている。

また、第１の接続部１１０のマイナス端子側とアースとの間には本実施形態の場合、銅でできた導体部１５１が介在するとともに、第１の接続部１１０のプラス端子側と計測用ＴＣ１入力回路１１５との間にも本実施形態の場合、銅でできた導体部１５２が介在している。

また、上述した通り、第２の接続部１２０のマイナス端子側とスイッチＳ１との間には本実施形態の場合、銅でできた導体部１６１が介在するとともに、第２の接続部１２０のプラス端子側とスイッチＳ１との間にも本実施形態の場合、銅でできた導体部１６２が介在している。

なお、これらの銅でできた導体部１５１，１５２，１６１，１６２は、一例として第１の接続部１１０と第２の接続部１２０にそれぞれ一端が接続された金属板から構成されており、各金属板の他端が回路基板上に形成された配線パターンと弾性接触するようになっている。

また、第１の接続部１１０のマイナス端子１１０ａと第２の接続部１２０のマイナス端子１２０ａとは、上述した導体部１５１，１６１とは異なる金属、例えば本実施形態の場合、コンスタンタンなどでできた端子間温度補正用素線１８０で接続されている。

なお、第１の接続部１１０、第２の接続部１２０、及び筐体内部の温度はそれぞれ異なっており、第１の接続部及び補償用センサ１３０における温度（計測用熱電対ＴＣ１の端子における温度）をＴ１、第２の接続部における温度（計測用熱電対ＴＣ２の端子における温度）をＴ２、筐体内部（計測器内部）の温度をＴ３とする。

以上のように、第１の接続部１１０のマイナス端子１１０ａと第２の接続部１２０のマイナス端子１２０ａとの間に端子間温度補正用素線１８０を接続するとともに、第２の接続部１２０のマイナス端子１２０ａと筐体内部の基板間を端子間温度補正用素線１８０と異なる材質（本実施形態の場合、端子間温度補正用素線１８０がコンスタンタンでできているので、この場合銅）の導体部１６１で接続することで、この部分が接続部間温度測定用熱電対ＴＣＤ（以下、「温度補償用熱電対ＴＣＤ」とする）を構成する。

以下、かかる温度補償装置１を用いた被測定対象物の温度測定方法について説明する。

まず、第１の計測用熱電対ＴＣ１の出力Ｖ１と第２の計測用熱電対ＴＣ２の出力Ｖ２を測定する。この場合、図１に示す切り替えスイッチＳ１，Ｓ２の状態とは異なり、スイッチＳ１のＣ１１とＣ１２を閉じ、スイッチＳ２のＣ２１とＣ２３とを閉じることでそれぞれ計測用ＴＣ１入力回路１１５と計測用ＴＣ２入力回路１２５を介して同時に測定することができる。

次いで、切り替えスイッチＳ１，Ｓ２を図１に示すように切り替える。すなわち、スイッチＳ１のＣ１１とＣ１３を閉じ、かつスイッチＳ２のＣ２２とＣ２３を閉じる。これによって、端子間温度補正用素線１８０と導体部１６１とで形成される温度補償用熱電対ＴＣＤの出力Ｖを、端子間温度差補正用ＴＣ入力回路１４５で測定することができる。なお、この出力Ｖは、接続部間の温度差（Ｔ２−Ｔ１）に対応する出力である。

これと同時に、補償用センサ１３０及びＴＣ１端子温度補償センサ計測回路１３５によって補償用センサ１３０付近の温度、すなわち第１の接続部１１０の温度Ｔ１を求める。

次いで、第１の接続部１１０の温度Ｔ１と温度補償用熱電対ＴＣＤの出力から端子間温度差補正用ＴＣ入力回路１４５により第２の接続部１２０の温度Ｔ２を求める。これと同時に、第１の接続部１１０の温度Ｔ１と計測用熱電対ＴＣ１の出力Ｖ１により、計測用ＴＣ１入力回路１１５によって計測用熱電対ＴＣ１の接続された測定対象物の温度を測定する。そして、第２の接続部１２０の温度Ｔ２と計測用熱電対ＴＣ２の出力Ｖ２より、計測用ＴＣ２入力回路１２５によって計測用熱電対ＴＣ２の接続された測定対象物の温度を測定する。

以上のようにして２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２と１つの補償用センサを備えた場合であって、２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２がそれぞれ接続された第１の接続部１１０と第２の接続部１２０との間に温度差が生じていても、２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度を正確に測ることができる。

なお、切り替えスイッチＳ１，Ｓ２を所定の周期で上述のように切り替えることによって、接続部間の温度差が外乱の影響で過渡的に変化する過程においても接続部間の温度差を常に正確に測定することができる。これによって、被測定対象物の温度を常に正確に測定することができる。

また、第１の実施形態とは異なり、ｎ個の計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎと１つの補償用センサ１３０を備えた場合であって、ｎ個の計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎがそれぞれ接続された第１の接続部乃至第ｎの接続部との間に温度差が生じていてもこの実施形態を応用することができる。すなわち、計測用熱電対ＴＣ１のマイナス端子と計測用熱電対ＴＣ２〜計測用熱電対ＴＣｎとのマイナス端子間にそれぞれ例えばコンスタンタンからなる端子間温度補正用素線を接続することにより、各マイナス端子に接続された例えば銅からなる導体部と協働して第１の接続部と第２の接続部との間、第１の接続部と第３の接続部との間、・・・、第１の接続部と第ｎの接続部との間にそれぞれ温度補償用熱電対ＴＣＤ１−２，ＴＣＤ１−３，・・・，ＴＣＤ１−ｎを形成させることができる。

その結果、第１の接続部と第２の接続部との温度差、第１の接続部と第３の接続部との温度差、・・・、第１の接続部と第ｎの接続部との温度差を測定でき、これに基づき各計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎの接続された被測定対象物の温度を正確に測ることができる。これによって単一の端子温度補償センサを備えた場合において複数の計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎによる複数の被測定対象物の温度測定に対応可能となり、コスト低減に貢献する。

続いて、図１に示した第１の実施形態に関連した具体的実施形態について説明する。なお、本発明の具体的実施形態にかかる温度補償装置１’は、図２に示すように、第１の実施形態の各要素に対応する構成を有している。また、図２においては説明の容易化のために第１の接続部１１０’のマイナス端子１１０ａ’と第２の接続部１２０’のマイナス端子１２０ａ’及びこれに接続される各構成要素のみについて図示するが、これらの接続部のプラス端子についても図１に対応する構成を有している。

具体的な構成としては、同図に示すように、温度補償装置１’の筐体内部に基板１０５’が収容され、当該基板１０５’に計測用ＴＣ１入力回路１１５’とＴＣ１端子温度補償センサ計測回路１３５’とを備えた第１の信号処理回路と、計測用ＴＣ２入力回路１２５’と端子間温度差補正用ＴＣ入力回路１４５’を備えた第２の信号入力回路が実装されている。また、第２の信号処理回路の内部には第１の実施形態で説明したスイッチＳ１及びスイッチＳ２がマルチプレクサとして備わっている。また、第１の接続部１１０’の近傍領域には例えばサーミスタからなる補償用センサ１３０’が実装されている。

信号処理回路からは銅のパターン部１５０’，１６０’が延在しており、各パターン部１５０’，１６０’の端部には銅の導体パッド１５０ａ’，１６０ａ’が形成されている。

一方、筐体には複数（図中２つ）の接続端子が備わっており、第１の接続端子は第１の接続部１１０’のマイナス端子１１０ａ’を形成している。また、第２の接続端子は第２の接続部１２０’のマイナス端子１２０ａ’を形成している。

また、第１の計測用熱電対ＴＣ１と第２の計測用熱電対ＴＣ２との測定部は、ここでは図示しないが異なる被測定対象物に接続されている。

第１の接続部１１０’からは弾性を有する銅でできた金属板１５１’が筐体内部に延在しており、金属板１５１’の自由端部が第１の導体パッド１５０ａ’と接触している。一方、第２の接続部１２０’からも弾性を有する銅でできた金属板１６１’が延在形成しており、金属板１６１’の自由端部が第２の導体パッド１６０ａ’に接触している。また、第１の接続部１１０’と第２の接続部１２０’との間は、これらの銅とは異なる材質、すなわち例えばコンスタンタンなどでできた端子間温度補正用素線１８０’によって互いに接続されている。

そして、図２に示すように、第２の接続部１２０’における温度はＴ２であり、第１の接続部１１０’及び補償用センサ１３０’における温度はＴ１であり、２つの信号処理回路が実装された領域における温度はＴ３である。

このような構成によって、スイッチＳ１，Ｓ２の切り替えによって最初に計測用熱電対ＴＣ１の出力Ｖ１と計測用熱電対ＴＣ２の出力Ｖ２を求める。

そして、図１に示した第１の実施形態のように、スイッチＳ１，Ｓ２を切り替えて補償用センサ１３０’の出力とＴＣ１端子温度補償用センサ計測回路１３５’によって第１の接続部１１０’の温度Ｔ１を求める。これと同時に温度補償用熱電対ＴＣＤの出力と第１の接続部１１０’の温度Ｔ１とから、第２の接続部１２０’の温度Ｔ２を求める。

次いで、これらの出力から計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２が接続された各被測定対象物の温度を測定する。

このように、この測定された温度差に基づいて第２の計測用熱電対ＴＣ２の接続された被測定対象物の測定温度を補正して正確な温度を得ることが可能となる。

なお、図２に示したような具体的構成のように第１の接続部１１０’と第２の接続部１２０’にそれぞれ銅の金属板１５１’，１６１’を延在させる代わりに、図３に示すように、基板上に形成された各信号処理回路から例えば銅の素線１５０”，１６０”を伸ばしても良い。

この場合、その素線の先端は丸型端子として、一方の信号処理回路から第１の接続部１１０”に丸型端子を接続し、かつ他方の信号処理回路から第２の接続部１２０”に丸型端子を接続するとともに、第１の接続部１１０”と第２の接続部１２０”とを上述の銅とは異なる材質、すなわちコンスタンタンからなる端子間温度補正用素線１８０”で接続する。

そして、スイッチＳ１とスイッチＳ２の切り替えによって、上述した具体的実施形態と同様に、第１の接続部１１０”と第２の接続部１２０”との間の温度差を求める。そして、この温度差Ｔ２−Ｔ１と補償用センサ１３０”で求めた温度Ｔ１に基づいて第２の計測用熱電対ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度を補正して正確な温度測定を行うことを可能とする。

続いて、本発明の第２の実施形態にかかる温度補償装置について説明する。なお、第１の実施形態にかかる温度補償装置と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

本実施形態にかかる温度補償装置２は、第１の実施形態にかかる温度補償装置１と同様に、例えば記録計などの温度を測定するのに使用されるもので、図４に示すように、一つの補償用温度センサ（以下、「補償用センサ」とする）２３０を介して複数の計測用熱電対によって複数の被測定対象物の温度を測定する温度補償装置である。そして、本実施形態においても、温度補償装置２では１つの補償用センサ２３０に対して２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２が使用されるようになっている。

なお、図４において第１の接続部２１０、第２の接続部２２０、及び筐体内部の温度はそれぞれ異なっており、第１の接続部２１０及び補償用センサ２３０における温度（計測用熱電対ＴＣ１の端子における温度）をＴ１、第２の接続部２２０における温度（計測用熱電対ＴＣ２の端子における温度）をＴ２、筐体内部（計測器内部）の信号処理回路付近の温度をＴ３とする。

温度補償装置２は筐体２００に接続端子を備え、接続端子には第１の接続部２１０と第２の接続部２２０が互いに離間して配置されている。そして、第１の接続部２１０には第１の計測用熱電対ＴＣ１が接続され、第２の接続部２２０には第２の計測用熱電対ＴＣ２が接続されている。また、筐体内部には第１の接続部近傍にサーミスタ等からなる補償用センサ２３０が配置されるとともに、補償用センサ２３０にＴＣ１端子温度補償センサ計測回路２３５が電気的に接続されている。

また、第１の接続部２１０のマイナス端子２１０ａとプラス端子２１０ｂの筐体内部側には、それぞれ本実施形態の場合、銅でできた導体部２５１，２５２が延在形成され、第２の接続部２２０のマイナス端子２２０ａとプラス端子２２０ｂの筐体内部側にも銅でできた導体部２６１，２６２が延在形成されている。

また、第１の接続部２１０のプラス端子側は導体部２５２及び切り替えスイッチＳ４を介して計測用ＴＣ１入力回路２１５に電気的に接続されている。

一方、第２の接続部２２０のマイナス端子側には導体部２６１を介して切り替えスイッチＳ１が接続されている。また、第２の接続部２２０のプラス端子側には導体部２６２を介してスイッチＳ３が接続されている。

スイッチＳ３は、第２の接続部２２０のプラス端子２２０ｂを、導体部２６２を介して計測用ＴＣ２入力回路２２５に接続するための開閉スイッチである。また、切り替えスイッチＳ１はマイナス端子２２０ａを、導体部２６１を介して切り替えスイッチＳ４に接続したりアースに接続したりする切り替えスイッチである。

一方、第１の接続部２１０の２つの導体部２５１，２５２と第２の接続部２２０の２つの導体部２６１，２６２との間には互いに電気的に独立した２つの導体部２７１，２７２が備わり、各導体部２７１，２７２の一端はスイッチＳ２によって開閉可能になっている。また、各導体部２７１，２７２の他端は一方が第１の端子間温度補正用素線２８１によって第１の接続部２１０のマイナス端子２１０ａに接続され、他方が第２の端子間温度補正用素線２８２によって第２の接続部２２０のマイナス端子２２０ａに接続されている。

なお、この２つの導体部２７１，２７２は本実施形態の場合、銅でできており、２つの端子間温度補正用素線２８１，２８２は、銅とは異なる材質である例えばコンスタンタンでできている。

なお、スイッチＳ１〜Ｓ４は例えばアナログスイッチの一種であるマルチプレクサ又はリレーによって構成され、以上の補償用センサ２３０、スイッチＳ１〜スイッチＳ４を構成するマルチプレクサ又はリレー、及び４つの信号処理回路は筐体内部に収容された回路基板（図示せず）に実装されている。また、図中、補償用センサ２３０やスイッチＳ１〜スイッチＳ４、アースを結ぶ実線は回路基板上に形成された配線パターンをなしている。また、図４から分かるように、ＴＣ２の回路のＧＮＤとＴＣ１の回路のＧＮＤは電気的に分離している。

このように、第１の接続部２１０のマイナス端子２１０ａと導体部２７１との間に端子間温度補正用素線２８１を接続するとともに、第２の接続部２２０のマイナス端子２２０ａと導体部２７２との間に端子間温度補正用素線２８２を接続し、かつこれらで形成された端子間温度補正用回路をスイッチＳ２で開閉可能とすることで、以下の効果を得る。

まず、スイッチＳ２を閉じた状態ではコンスタンタンでできた２つの端子間温度補正用素線２８１，２８２とこれと異なる銅でできた２つの導体部２７１，２７２とが接続されることで、この部分が接続部間温度測定用熱電対ＴＣＤ（以下、「温度補償用熱電対ＴＣＤ」とする）を構成する。

これによって、第１の計測用熱電対ＴＣ１の出力Ｖ１を得るとともに、第２の計測用熱電対ＴＣ２の出力Ｖ２を得る。なお、この際スイッチＳ２が開いているので、それぞれの温度計測用回路が電気的に独立し、かつ各温度計測用回路に対して端子間温度補正用回路が電気的に分離しているので、各回路にノイズが重畳することはない。

次いで、スイッチＳ１のＣ１１とＣ１３とを閉じ、スイッチＳ２のＣ２１とＣ２２とを閉じ、スイッチＳ３のＣ３１とＣ３２を開き、スイッチＳ４のＣ４１とＣ４３とを閉じることで、２つの導体部２７１，２７２と端子間温度補正用素線２８１，２８２とで形成される温度補償用熱電対ＴＣＤからなる端子間温度補正用回路が他の温度計測用回路に対して電気的に独立して形成される。

そしてこの温度補償用熱電対ＴＣＤの出力Ｖを他の各温度計測用回路からのノイズ重畳の影響を受けることなく求めることができる。これと同時に補償用センサ２３０及びＴＣ１端子温度補償センサ計測回路２３５から第１の接続部２１０の温度Ｔ１を求める。

次いで、第１の接続部２１０の温度Ｔ１と温度補償用熱電対ＴＣＤの出力Ｖとから第２の接続部２２０の温度Ｔ２を求める。そして、第１の計測用熱電対ＴＣ１の出力Ｖ１と第１の接続部２１０の温度Ｔ１とから第１の計測用熱電対ＴＣ１の接続された被測定対象物の温度を求めるとともに、第２の計測用熱電対ＴＣ２の出力Ｖ２と第２の接続部２２０の温度Ｔ２とから第２の計測用熱電対ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度を求める。

このようにして、２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２と１つの補償用センサを備えた場合であって、２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２がそれぞれ接続された第１の接続部２１０と第２の接続部２２０との間に温度差が生じていても、２つの計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度をそれぞれ正確に測ることができる。

また、第１の計測用熱電対ＴＣ１及び第２の計測用熱電対ＴＣ２により被測定対象物の温度を測定する際には、スイッチＳ２のＣ２１とＣ２２を開いているので、温度補償用熱電対ＴＣＤ及び端子間温度差補正用ＴＣ入力回路２４５がこれらの温度計測用回路から電気的に独立しており、余分なノイズが重畳することなく正確な温度測定が可能となる。

なお、この第２の実施形態の変形例として、複数の熱電対、すなわちｎ個の計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎと１つの補償用センサを備えた場合、この場合、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すスイッチ構成が考えられる。すなわち、図５（ａ）に示すように、一端がＣ２２〜Ｃ２ｎをなした例えば銅でできた独立した複数の端子間温度測定用導体部を構成し、これらの端子間温度測定用導体部の他端をそれぞれ対応するｎ個の熱電対のマイナス側接続部に例えばコンスタンタンからなる端子間温度補正用素線を介して接続する。

そして、これらの端子間温度測定用導体部の一端Ｃ２２〜Ｃ２ｎが端子間温度補正用素線を介して第１の接続部のマイナス端子に接続された導体部の一端Ｃ２１とスイッチＳ１で択一的に接続できるようにする。

また、図５（ｂ）に示すように、端子間温度差補正用ＴＣ入力回路に接続されたスイッチＳ４が端子間温度差補正用ＴＣ入力回路の接点Ｃ４１と第１の接続部との温度差を求めたい第ｎ番目の導体部の端部ｃ４ｎとを適宜選択して切り替えられるようにする。

このように、第１の接続部のマイナス端子と端子間温度測定用導体部との間、及び計測用熱電対ＴＣ２〜計測用熱電対ＴＣｎとのマイナス端子とこれに対応する各端子間温度測定用導体部との間を端子間温度補正用素線で接続することにより、ｎ個の計測用熱電対ＴＣ〜ＴＣｎがそれぞれ接続された第１の接続部乃至第ｎの接続部との間に温度差が生じていても、第１の接続端子と第２の接続端子、第１の接続端子と第３の接続端子、・・・、第１の接続端子と第ｎの接続端子との間の温度差を測定することができる。そして、この端子間の温度差Ｔｎ−Ｔ１と補償用センサによって得られた測定温度Ｔ１、及び各計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎの出力Ｖ１〜Ｖｎに基づき、各計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎの接続された被測定対象物の温度を正確に測ることができる。

また、各計測用熱電対ＴＣ１〜ＴＣｎの接続された被測定対象物の温度を測定する温度計測用回路と端子間温度補償用回路とスイッチＳ２とスイッチＳ４とで電気的に独立させることができるので、各回路に他の回路のノイズが重畳することはなく、被測定対象物の正確な温度測定が可能となる。

続いて、上述した第２の実施形態にかかる温度補償装置の変形例について説明する。図６は、第２の計測用熱電対ＴＣ２が接続された被測定対象物の測定回路と第１の接続部２１０’と第２の接続部２２０’との端子間温度差を測定する回路とを電気的に切り替える構成の変形例を示したものである。この変形例によると、上述した第２の実施形態とは異なり、スイッチＳ１とスイッチＳ４が協働して、各計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度測定を個別に行う回路を構成するか、その代わりに第１の接続部２１０’と第２の接続部２２０’との間の温度差を測る測定回路を構成するかを切り替える役目を果たしている。また、図６から分かるように、ＴＣ２の回路のＧＮＤとＴＣ１の回路のＧＮＤは電気的に分離している。

すなわち、第１の接続部２１０’と第２の接続部２２０’との温度差を測定するときは、スイッチＳ１のＣ１１とＣ１２を開くとともにスイッチＳ４のＣ４１とＣ４３を閉じる。そして、第１の接続部２１０’と第２の接続部２２０’との温度差を温度補償用熱電対ＴＣＤの出力として端子間温度差補正用ＴＣ入力回路２４５’に入力する。

また、補償用センサ２３０’の出力をＴＣ１端子温度補償センサ計測回路２３５’に入力することで、第１の接続部２１０’の温度Ｔ１を求める。これによって、第１の接続部２１０’と第２の接続部と２２０’の温度差を端子間温度差補正用ＴＣ入力回路２４５’で求める。

一方、第２の計測用熱電対ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度を測定するときは、スイッチＳ１のＣ１１とＣ１２を閉じ、スイッチＳ３のＣ３１とＣ３２を閉じる。これと同時にスイッチＳ４のＣ４２とＣ４１を閉じる。

これによって、第２の計測用熱電対ＴＣ２の接続された被測定対象物の温度を計測用ＴＣ２入力回路２２５’で求め、この出力Ｖ２と補償用センサ２３０’で求めた温度Ｔ１とから上述の第１の接続部２１０’と第２の接続部２２０’との温度差Ｔ２−Ｔ１によって第２の計測用熱電対ＴＣ２の出力Ｖ２を補正し、第２の計測用熱電対ＴＣ２によって測定された被測定対象物の正確な温度を求める。

これと同時に、第１の計測用熱電対ＴＣ１の出力Ｖ１と第１の接続部２１０’の温度Ｔ１とから計測用ＴＣ１入力回路２１５’によって第１の計測用熱電対ＴＣ１の接続された被測定対象物の温度を求めることができる。

この場合、第２の実施形態における２本の端子間温度補正用素線２８１，２８２を用いる代わりにコンスタンタンで構成される端子間温度補正用素線２８０’を１本で済ませたまま、第１の接続部２１０’と第２の接続部２２０’間の端子間温度補正用回路と計測用熱電対ＴＣ１，ＴＣ２を用いた各被測定対象物の温度測定用回路とを電気的に分離することができるので、端子間端子間温度補正用回路と温度測定用回路との間でノイズが重畳するのをより簡易な構成で防ぐことが可能となる。

以上説明したように、従来の複数の熱電対を備えた温度補償装置においては、端子温度センサを多数並べるか、各端子の温度が既知のものとして補正をかけて複数の熱電対の端子間温度差を補償するだけの何れかであった。しかしながら、これでは外乱に基づく温度変化に迅速に追従できない問題があった。そして、各接続部の温度は熱電対の出力を測定温度に換算する基準となるので、接続部の温度補償は接続部と温度センサ間の温度差を直接測定可能な方法が望ましい。

本発明においては、温度センサで計測された基準となる接続部と他の熱電対が接続される接続部との間にその温度差を計測する端子間温度補償用熱電対（接続部間熱電対）を積極的に形成し、測定した接続部間の温度差により基準接続部以外の接続部の温度を求めるようにした。

これによって、基準となる熱電対の接続部の温度を正確に測定できれば他の複数の接続部間の温度差が直接測定可能であるため、温度変化の過渡現象に対しても正確な補償が可能となる。

これに加えて、この接続部間の温度差を測定するにあたって、補償用センサの個数を減らすことができるので、コスト低減にも貢献する。

なお、上述の実施形態においては、２つ以上の複数の熱電対と単一の補償用センサとを備えた温度補償装置について説明したが、補償用センサは必ずしも一つだけには限定されず、温度補償装置に備わった熱電対の個数より少ない個数であれば本発明の効果を発揮することが可能となる。従って、例えば計測用熱電対を５個設けるとともに、例えばこれより少ない３個の補償用センサを設け、２個の補償用センサをそれぞれ２個の計測用熱電対に対応して配置するとともに、残りの１個の補償用センサを残りの３個の熱電対に関する温度測定に共通に利用しても良い。

また、上述の実施形態では、補償用センサが第１の接続部の近傍に配置されていたが、必ずしもこのように配置される必要はない。すなわち、例えば温度Ｔ３である信号処理回路近傍に補償用センサが配置され、第１の接続部の温度Ｔ１とこの温度Ｔ３とを従来例に示した構成によって極力近づけるか、新たな補償用熱電対をこの間に設けて温度差Ｔ３−Ｔ１を求めてこの温度差に基づき補償するようにしても良い。

なお、上述の実施形態の更に別の変形例として、図７に示すような回路ブロック図が考えられる。この変形例においては、ＴＣ１のプラス端子３１０ｂ、マイナス端子３１０ａの温度差によるＴＣ１の計測誤差の補正を行う方法である。この場合、Ｔ３−Ｔ２＝Ｔ２−Ｔ１となる場所に端子３１０ｃを設け、マイナス端子３１０ａと端子３１０ｃ間の端子間温度補正用素線３８０と導体部３５３で形成される接続部間温度測定用熱電対ＴＣＤにより、Ｔ３−Ｔ１間の熱起電力Ｖ_３１が計測でき、補償用センサ３３０よりＴ１が測定できる。そして、Ｔ１とＶ_３１よりＴ３−Ｔ１間の温度差が計測でき、Ｔ２−Ｔ１＝（Ｔ３−Ｔ１）／２より、ＴＣ１のマイナス端子３１０ａとプラス端子３１０ｂ間の温度差Ｔ２−Ｔ１が測定可能となる。そして、この温度差の補正をソフトウエア等で行うことにより、ＴＣ１の正確な計測が実現できるようになる。

上述の具体的な実施形態においては、複数の熱電対を備えた記録計やボードコントローラ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、複数の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。

本発明の第１の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構成図である。 図２とは異なる図１に示した実施形態をより具体化した実施形態の構成図である。 本発明の第２の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４に示した実施形態のスイッチＳ２の変形例を示したスイッチ構成図（図５（ａ））、及びスイッチＳ４の変形例を示したスイッチ構成図（図５（ｂ））である。 図４に示した実施形態の更なる変形例を示した回路ブロック図である。 図４に示した実施形態の更に別の変形例を示した回路ブロック図である。

符号の説明

１，２ 温度補償装置
１０５’ 基板
１００ 筐体
１１０（１１０ａ，１１０ｂ），１１０’，１１０” 第１の接続部
１１０ａ マイナス端子
１１５，１１５’ 計測用ＴＣ１入力回路
１２０（１２０ａ，１２０ｂ），１２０’，１２０” 第２の接続部
１２０ａ マイナス端子
１２１，１２２ 導体部
１２５，１２５’ 計測用ＴＣ２入力回路
１３０，１３０’，１３０” 補償用センサ
１３５，１３５’，１３５” ＴＣ１端子温度補償センサ計測回路
１４５，１４５’ 端子間温度差補正用ＴＣ入力回路
１５０’，１６０’ パターン部
１５０ａ’，１６０ａ’ 導体パッド
１５１，１５２ 導体部
１５１’，１５２’ 金属板
１６１，１６２ 導体部
２００ 筐体
２１０，２１０’ 第１の接続部
２１０ａ マイナス端子
２１０ｂ プラス端子
２１５，２１５’ 計測用ＴＣ１入力回路
２２０，２２０’ 第２の接続部
２２０ａ マイナス端子
２２０ｂ プラス端子
２２５，２２５’ 計測用ＴＣ２入力回路
２３０，２３０’ 補償用センサ
２３５，２３５’ ＴＣ１端子温度補償センサ計測回路
２４５，２４５’ 端子間温度差補正用ＴＣ入力回路
２５１，２５２ 導体部
２６１，２６２ 導体部
２７１，２７２ 導体部
２８０’ 端子間温度補正用素線
２８１ 第１の端子間温度補正用素線
２８２ 第２の端子間温度補正用素線
３１０ａ，３１０ｂ，３１０ｃ 接続部
３３０ 補償用センサ
３５３ 導体部
３８０ 端子間温度補正用素線
ＴＣ１，ＴＣ２ 計測用熱電対
Ｓ１〜Ｓ４ スイッチ
ＴＣＤ 温度補償用熱電対

Claims (3)

1. 複数の被測定物の温度を複数の計測用熱電対と一つの補償用温度センサを介して測定する温度補償装置において、
   補償用温度センサに対応して配置された基準となる一方の接続部と、前記一方の接続部と離間して配置され、前記一方の接続部に接続される計測用熱電対と異なる計測用熱電対が接続される少なくとも一つの他方の接続部と、
   前記一方の接続部と他方の接続部との間の温度差を計測するための温度補償用熱電対と、
   他方の接続部に接続された計測用熱電対を用いて被測定対象物の温度を測る回路と前記温度補償用熱電対を介して前記接続部間の温度差を測る回路を切り替える切り替え手段を備え、
   測定した前記接続部間の温度差と一方の接続部の温度により他方の接続部における温度を求め、当該温度に基づいて他方の接続部に接続された計測用熱電対による測定温度を補正することを特徴とする温度補償装置。
2. 前記切り替え手段は、所定の周期で動作することを特徴とする、請求項１に記載の温度補償装置。
3. 各計測用熱電対による被測定対象物の温度測定回路と温度補償用熱電対による接続部間温度差測定回路とを被測定対象物の温度測定時と接続部間温度差測定時に電気的に切り離すスイッチ手段を更に備えたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の温度補償装置。

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