JP5089299B2 - 熱感知器 - Google Patents

Description

本発明は、熱感知器に関する。

従来の熱感知器として、ハードウェアにある程度の機能を持たせ、安価なＣＰＵと組み合わせて故障判定を行うものが知られ、トランジスタ等の部品によって検出回路を構成する（たとえば、特許文献１参照）。
特開昭６３−１８４９１５号公報

しかし、上記従来例では、部品点数が増えれば、部品の定数等のばらつきが増加し、検出精度が低下し、また、回路構成自体も複雑になる。

外部温度検出素子による検出温度と、内部温度検出素子による検出温度とに基づいて、外部温度検出素子、内部温度検出素子の故障を判定する場合、各検出電圧を温度に換算し、両者の温度を比較して故障判定する。

検出電圧を温度に換算する場合、ＣＰＵ等に換算表等を記憶し、この記憶した換算表を使用する方法か、換算式によって、検出電圧を温度に変換する方法が挙げられる。

しかし、換算表を使用する上記方法では、記憶する換算表のメモリ容量分だけ、ＣＰＵの容量が消費されるという問題がある。一方、換算式によって検出電圧を温度に変換する上記方法では、換算式が複雑であるので、安価なＣＰＵでは処理が非常に複雑であり、高性能ＣＰＵでは処理は簡単だが高価であるという問題がある。

また、上記いずれの方法でも、初期設定時の環境温度を基準としなければ、初期状態で温度検出素子間での温度差が生じ、この温度差分だけ、故障判定精度が低下するという問題がある。

本発明は、温度換算表を使用せずに、また、複雑な温度換算式を使用せずに、さらに、必要最小限の設定のみで、温度検出素子の故障判定を高精度に行うことができる熱感知器を提供することを目的とする。

本発明は、筐体の外部に設けられている外部温度検出素子と上記外部温度検出素子と直列接続されている第１の抵抗とから構成され、上記外部温度検出素子と上記第１の抵抗との接続点を第１の出力端子とし、上記第１の出力端子が第１の検出電圧を出力する外部温度検出回路と、筐体の内部に設けられている内部温度検出素子と上記内部温度検出素子と直列接続されている第２の抵抗とから構成され、上記内部温度検出素子と上記第２の抵抗との接続点を第２の出力端子とし、上記第２の出力端子が第２の検出電圧を出力する内部温度検出回路と、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧とを所定周期毎に取り込み、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧との差分を演算する差分値演算手段と、通常監視時における上記第１の検出電圧または上記第２の検出電圧の１次または２次関数として計算される故障判定閾値を演算する故障判定閾値演算手段と、上記第１の検出電圧に対応する故障判定閾値または上記第２の検出電圧に対応する故障判定閾値と、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧との差分とを比較する比較手段と、上記比較手段による比較の結果に応じて、上記外部温度検出素子または上記内部温度検出素子の故障を判定する故障判定手段とを有することを特徴とする熱感知器。

本発明によれば、ＣＰＵの容量を節約することができ、また、温度検出素子の故障判定処理を簡素化することができるという効果を奏する。

また、本発明によれば、外部温度検出素子と内部温度検出素子とを初期設定時の検出電圧を含めて、故障判定閾値を演算すれば、温度検出機能を高精度化することができるという効果を奏する。

発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例である。

図１は、熱感知器１００を示す図である。

熱感知器１００は、外部温度検出回路１０と、内部温度検出回路２０と、ＣＰＵ３０と、スイッチＳＷ１と、電源４０とを有する。

外部温度検出回路１０は、筐体の外部に設けられているサーミスタ１と、サーミスタ１と直列接続されている第１の抵抗Ｒ１とによって構成され、サーミスタ１と第１の抵抗Ｒ１との接続点を第１の出力端子Ｔ１とし、第１の出力端子Ｔ１が第１の検出電圧ＶＡ１を出力する。なお、サーミスタ１は、外部温度検出素子の例である。

内部温度検出回路２０は、筐体の内部に設けられているサーミスタ２と、サーミスタ２と直列接続されている第２の抵抗Ｒ２とによって構成され、サーミスタ２と第２の抵抗Ｒ２との接続点を、第２の出力端子Ｔ２とし、第２の出力端子Ｔ２が、第２の検出電圧ＶＢ１を出力する。なお、サーミスタ２は、内部温度検出素子の例である。

また、サーミスタ１、サーミスタ２の代わりに、ダイオード、トランジスタ等、温度で抵抗値が変化する温度検出素子を使用するようにしてもよい。

ＣＰＵ３０は、差分値演算手段の例であり、また、故障判定閾値演算手段の例であり、さらに、故障判定手段の例である。

上記差分値演算手段は、通常監視時における第１の検出電圧ＶＡ１と第２の検出電圧ＶＢ１とを取り込み、第１の検出電圧ＶＡ１と第２の検出電圧ＶＢ１との差分ΔＶを演算する。このとき、第１の検出電圧が正常であれば基準として、ΔＶ＝ＶＢ１−ＶＡ１とし、第２の検出電圧が正常であれば基準として、ΔＶ＝ＶＡ１−ＶＢ１とする。

上記故障判定閾値演算手段は、上記第１の検出電圧ＶＡ１または上記第２の検出電圧ＶＢ１の１次または２次関数として計算される故障判定閾値を演算する。

上記故障判定手段は、上記故障判定閾値と、上記第１の検出電圧ＶＡ１または上記第２の検出電圧ＶＢ１または、双方の差（ＶＡ１−ＶＢ１またはＶＢ１−ＶＡ１）とを比較することによって、サーミスタ１またはサーミスタ２の故障を判定する手段である。

また、ＣＰＵ３０は、初期設定時における第１の検出電圧ＶＡ０と、初期設定時における第２の検出電圧ＶＢ０とを取り込み、図示しない格納手段に記憶する。

スイッチＳＷ１は、温度検出回路１０、２０への電源供給を制御するスイッチである。

ここで、故障判定閾値Ｅｔｈは、以下の１次式で計算される。

故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ１×ＶＢ１＋Ｃ２＋ＶＡ０−ＶＢ０ … 式（１）
図２は、サーミスタ１とサーミスタ２とが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超えない場合における検出電圧レベルの特性図である。

図３は、サーミスタ１とサーミスタ２とが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超えない場合における検出電圧レベル差の特性図である。

図４は、サーミスタ２のみが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超える場合における検出電圧レベル差の特性図である。

図５は、サーミスタ２のみが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超える場合に、異常判定閾値とサーミスタ２の検出電圧レベルとの関係を示す特性図である。

式（１）におけるＣ１、Ｃ２を、図２〜図５に示す例によって求める。

図２に示す例おいて、サーミスタ１の検出電圧レベルは、温度０度で約４．２Ｖ、温度２０度で約４．８Ｖ、サーミスタ２の検出電圧レベルは、温度０度で約３．１Ｖ、温度２０度で約３．８Ｖである。したがって、図３に示す例において、サーミスタ１とサーミスタ２との検出電圧レベル差は、温度０度で約１．１Ｖ、温度２０度で約１．０Ｖであり、略直線の軌跡である。

一方、サーミスタ１とサーミスタ２との検出温度の差が、たとえば２０度を超えると、いずれかのサーミスタが異常であると判断する。ここで、サーミスタ２が正常に機能し、サーミスタ１に異常が発生したと仮定すると、図１に示す例において、サーミスタ２が２０度であると判定すれば、そのときの検出電圧レベル（約３．８Ｖ）とサーミスタ１が正常時の０度における検出電圧レベル（約４．２Ｖ）との差を求める。同様に、サーミスタ２が１０度であると判定すれば、その検出電圧レベル（約３．５Ｖ）とサーミスタ１が−１０度での検出電圧レベル（約３．９Ｖ）との差を求め、軌跡を描くと、図３に示すように、略直線になる。

図５は、図４に示す例において、横軸をサーミスタ２の検出電圧レベルに置き換えた特性であり、故障判定閾値が、サーミスタ２の検出レベルの１次関数（Ｅｔｈ≒−０．１×ＶＢ１＋０．８）で示され、傾きＣ１＝−０．１、切片Ｃ２＝０．８を有することが読み取れる。

そして、通常監視時における第１の検出電圧ＶＡ１を、故障判定閾値Ｅｔｈと比較し、この比較結果に基づいて、サーミスタ１の故障の有無を判定する。

上記式（１）を計算する前提は、内部温度検出回路２０に設けられているサーミスタ２が正常であることである。外部温度検出回路１０に設けられているサーミスタ１が正常であることを前提とすれば、
故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ１×ＶＡ１＋Ｃ２＋ＶＢ０−ＶＡ０ … 式（２）
である。

図６は、上記実施例の動作を示すフローチャートである。

式（１）と式（２）とにおいて、故障判定閾値Ｅｔｈを精度よくするために、初期設定時における第１の検出電圧ＶＡ０と第２の検出電圧ＶＢ０との差分を加算するが、加算しなくてもよい。

Ｓ１で、外部温度検出回路１０の初期検出電圧ＶＡ０と、内部温度検出回路２０の初期検出電圧ＶＢ０とを測定し、初期検出電圧ＶＡ０とＶＢ０とを、図示しないメモリに格納し、Ｓ２で、スイッチＳＷ１をＯＮする。そして、Ｓ３で、通常監視時における第１の検出電圧ＶＡ１と、通常監視時における第２の検出電圧ＶＢ１とを測定する。

Ｓ４で、故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ１×ＶＢ１＋Ｃ２＋ＶＡ０−ＶＢ０を演算し、Ｓ５で、求めた故障判定閾値Ｅｔｈと、第１の検出電圧ＶＡ１とを比較する。

図７は、実施例１における故障判定領域の例を示す図である。

つまり、図７は、第１の検出電圧ＶＡ１と故障判定閾値Ｅｔｈ（ＶＡ１−ＶＢ１）との関係を示す図である。

図７に示す例では、横軸（ＶＡ1）が右に行くほど、検出温度が高くなる。また、横軸（ＶＡ1−ＶＢ１）は、サーミスタ２とサーミスタ１との検出電圧レベルの差を示し、仮に、サーミスタ２に異常が発生すると、ＶＢ１が小さくなるので、ＶＡ１−ＶＢ１の差分は、双方が正常な状態よりも大きくなる。すなわち、故障判定閾値Ｅｔｈよりも上側に位置する。たとえば、双方のサーミスタが正常であれば、ＶＡ１＝ＶＢ１＝１００であるのに対して、サーミスタ２に異常が発生すると、ＶＢ１＝５０になれば、正常時ＶＡ１−ＶＢ１＝０、異常発生時ＶＡ１−ＶＢ１＝５０となる。なお、図７に示す例では、ＶＡ１を基準としているので、閾値の上が異常であり、下が正常であるが、ＶＢ１を基準とすれば、判定領域は、反転する。

なお、故障判定閾値Ｅｔｈと、第１の検出電圧ＶＡ１と第２の検出電圧ＶＢ１との差分とを比較するようにしてもよい。

図８は、本発明の実施例１の変形例である熱感知器２００を示す図である。

熱感知器２００は、熱感知器１００において、サーミスタ１と抵抗Ｒ１との配置が逆に接続され、外部温度検出回路１１を構成し、サーミスタ２と抵抗Ｒ２との配置が逆に接続され、内部温度検出回路２１を構成している例である。熱感知器２００においても、熱感知器１００と同様の動作を行う。

図９は、本発明の実施例１の変形例である熱感知器３００を示す図である。

熱感知器３００は、熱感知器１００において、サーミスタ１と抵抗Ｒ１との配置が逆に接続され、外部温度検出回路１１を構成している例である。熱感知器３００においても、熱感知器１００と同様の動作を行う。

図１０は、本発明の実施例１の変形例である熱感知器４００を示す図である。

熱感知器４００は、熱感知器１００において、サーミスタ２と抵抗Ｒ２との配置が逆に接続され、内部温度検出回路２１を構成している例である。熱感知器４００においても、熱感知器１００と同様の動作を行う。

実施例２は、基本的には、実施例１と同じであり、故障検出閾値Ｅｔｈを以下の２次式で計算することのみが実施例１と異なる。

故障検出閾値Ｅｔｈ＝Ｃ３×ＶＡ１^２＋Ｃ４×ＶＡ１＋Ｃ５＋ＶＢ０−ＶＡ０ … 式（３）
または、
故障検出閾値Ｅｔｈ＝Ｃ３×ＶＢ１^２＋Ｃ４×ＶＢ１＋Ｃ５＋ＶＡ０−ＶＢ０ …式（４）
なお、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５は、サーミスタ１、サーミスタ２の特性に基づいて決まる係数である。

つまり、上記実施例は、筐体の外部に設けられている外部温度検出素子と上記外部温度検出素子と直列接続されている第１の抵抗とから構成され、上記外部温度検出素子と上記第１の抵抗との接続点を第１の出力端子とし、上記第１の出力端子が第１の検出電圧を出力する外部温度検出回路と、筐体の内部に設けられている内部温度検出素子と上記内部温度検出素子と直列接続されている第２の抵抗とから構成され、上記内部温度検出素子と上記第２の抵抗との接続点を第２の出力端子とし、上記第２の出力端子が第２の検出電圧を出力する内部温度検出回路と、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧とを所定周期毎に取り込み、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧との差分を演算する差分値演算手段と、通常監視時における上記第１の検出電圧または上記第２の検出電圧の１次または２次関数として計算される故障判定閾値を演算する故障判定閾値演算手段と、上記故障判定閾値と、上記第１の検出電圧または上記第２の検出電圧とを比較する比較手段と、上記比較手段による比較の結果に応じて、上記外部温度検出素子または上記内部温度検出素子の故障を判定する故障判定手段とを有することを特徴とする熱感知器の例である。

この場合、上記故障判定閾値をＥｔｈとし、上記外部温度検出素子、上記内部温度検出素子の特性に基づいて決まる係数をそれぞれ、Ｃ１、Ｃ２とし、通常監視時における第１の検出電圧をＶＡ１とし、通常監視時における第２の検出電圧をＶＢ１とすると、
故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ１×ＶＡ１＋Ｃ２、
または、故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ１×ＶＢ１＋Ｃ２
であり、故障判定閾値Ｅｔｈと、通常監視時の第１の検出電圧ＶＡ１または第２の検出電圧ＶＢ１または第１の検出電圧ＶＡ１と第２の検出電圧ＶＢ１との差分（ＶＡ１−ＶＢ1，ＶＢ１−ＶＡ１）と、を比較し、その大小関係から、上記外部温度検出素子または上記内部温度検出素子が正常または異常であることを判定する。

また、上記故障判定閾値をＥｔｈとし、上記外部温度検出素子、上記内部温度検出素子の特性に基づいて決まる係数をそれぞれ、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５とし、通常監視時における第１の検出電圧をＶＡ１とし、通常監視時における第２の検出電圧をＶＢ１とすると、
故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ３×ＶＡ１^２＋Ｃ４×ＶＡ１＋Ｃ５
または、故障判定閾値Ｅｔｈ＝Ｃ３×ＶＢ１^２＋Ｃ４×ＶＢ１＋Ｃ５
であり、故障判定閾値Ｅｔｈと、通常監視時の第１の検出電圧ＶＡ１または第２の検出電圧ＶＢ１または第１の検出電圧ＶＡ１と第２の検出電圧ＶＢ１との差分（ＶＡ１−ＶＢ1，ＶＢ１−ＶＡ１）とを比較し、その大小関係から、上記外部温度検出素子または上記内部温度検出素子が正常または異常であることを判定する。

さらに、初期設定時に、上記第１の検出電圧の初期値と、上記第２の検出電圧の初期値とを格納する初期値格納手段を有し、上記故障判定閾値演算手段は、上記第１の検出電圧の初期値と上記第２の検出電圧の初期値との差分と、上記故障判定閾値とを加算する手段である。

しかも、通常監視時の第１の検出電圧または第２の検出電圧が所定値を超えると、上記故障判定閾値の計算式を切り替える。

本発明の実施例１である熱感知器１００を示す図である。 サーミスタ１とサーミスタ２とが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超えない場合における検出電圧レベルの特性図である。 サーミスタ１とサーミスタ２とが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超えない場合における検出電圧レベル差の特性図である。 サーミスタ２のみが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超える場合における検出電圧レベル差の特性図である。 サーミスタ２のみが正常に機能し、双方の検出温度の差が閾値（たとえば２０度）を超える場合に、異常判定閾値とサーミスタ２の検出電圧レベルとの関係を示す特性図である。 実施例１の動作を示すフローチャートである。 実施例１における故障判定領域の例を示す図である。 本発明の実施例１の変形例である熱感知器２００を示す図である。 本発明の実施例１の変形例である熱感知器３００を示す図である。 本発明の実施例１の変形例である熱感知器４００を示す図である。

符号の説明

１００、２００、３００、４００…熱感知器、
１０、１１…外部温度検出回路、
２０、２１…内部温度検出回路、
１、２…サーミスタ、
Ｒ１、Ｒ２…抵抗、
３０…ＣＰＵ、
４０…電源、
Ｅｔｈ…故障判定閾値、
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、…サーミスタ１、２の特性に基づいて決まる係数、
ＶＡ１…通常監視時における第１の検出電圧、
ＶＢ１…通常監視時における第２の検出電圧、
ＶＡ０…初期設定時における第１の検出電圧、
ＶＢ０…初期設定時における第２の検出電圧。

Claims (3)

1. 筐体の外部に設けられている外部温度検出素子と上記外部温度検出素子と直列接続されている第１の抵抗とから構成され、上記外部温度検出素子と上記第１の抵抗との接続点を第１の出力端子とし、上記第１の出力端子が第１の検出電圧を出力する外部温度検出回路と；
   筐体の内部に設けられている内部温度検出素子と上記内部温度検出素子と直列接続されている第２の抵抗とから構成され、上記内部温度検出素子と上記第２の抵抗との接続点を第２の出力端子とし、上記第２の出力端子が第２の検出電圧を出力する内部温度検出回路と；
   上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧とを所定周期毎に取り込み、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧との差分を演算する差分値演算手段と；
   通常監視時における上記第１の検出電圧または上記第２の検出電圧の１次または２次関数として計算される故障判定閾値を演算する故障判定閾値演算手段と；
   上記第１の検出電圧に対応する故障判定閾値または上記第２の検出電圧に対応する故障判定閾値と、上記第１の検出電圧と上記第２の検出電圧との差分とを比較する比較手段と；
   上記比較手段による比較の結果に応じて、上記外部温度検出素子または上記内部温度検出素子の故障を判定する故障判定手段と；
   を有することを特徴とする熱感知器。
2. 請求項１において、
   初期設定時に、上記第１の検出電圧の初期値と、上記第２の検出電圧の初期値とを格納する初期値格納手段を有し、
   上記故障判定閾値演算手段は、上記第１の検出電圧の初期値と上記第２の検出電圧の初期値との差分と、上記故障判定閾値とを加算する手段であることを特徴とする熱感知器。
3. 請求項１において、
   通常監視時の第１の検出電圧または第２の検出電圧が所定値を超えると、上記故障判定閾値の計算式を切り替えることを特徴とする熱感知器。

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