JP5130180B2

JP5130180B2 - 熱電対温度計

Info

Publication number: JP5130180B2
Application number: JP2008264803A
Authority: JP
Inventors: 千春斉藤
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2008-10-14
Filing date: 2008-10-14
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2028-10-14
Also published as: JP2010096507A

Description

本発明は、熱電対温度計に関し、さらに詳しく言えば、熱電対温度計に含まれている温度センサ出力測定回路での消費電力を削減する技術に関するものである。

熱電対温度計には、例えば特許文献１に記載されているように、異種金属からなる２つの導体の一端側を接続して測温接点とし、他端側を開放状態もしくは高インピーダンス状態の基準接点とした熱電対が用いられる。

測温接点と基準接点との間に温度差を与えると、基準接点の両端子間に熱起電力が発生する。通常、基準接点の温度は０℃が基準とされているため、仕様書等には、発生する熱起電力の大きさが、基準接点温度０℃と測温接点温度との差で表示されている。

したがって、被測定対象物の温度を測定するにあたっては、その測定現場における実際の基準接点温度を測定して、熱電対から発生する熱起電力を補正する必要がある。

そのため、熱電対温度計には、熱電対および熱電対出力測定回路のほかに、基準接点温度を測定する温度センサおよび温度センサ出力測定回路が搭載され、熱電対の出力（熱起電力）と温度センサの出力（基準接点温度）とに基づいて被測定対象物の温度を算出するようにしている。

実公平６−３１３９０号公報

このように、熱電対温度計においては、基準接点温度が測定値の信頼性を左右する要因となるため、従来では、図４のタイミングチャートに示すように、熱電対出力測定と基準接点温度測定とをペアとして所定の時間間隔で繰り返し行うことにより、周囲温度等の変化に関係なく信頼性の高い測定値が得られるようにしている。

しかしながら、これによると基準接点温度（周囲温度）が変動していない場合でも、所定の時間間隔で温度センサ出力測定回路が動作状態とされるため、その分、消費電力が多くなるという問題がある。

特に、電源を内蔵電池とする熱電対温度計においては、その電池寿命が短くなり、測定中における電池が切れによる測定不能といった事態を招きかねない。

したがって、本発明の課題は、熱電対温度計に含まれている温度センサ出力測定回路の動作頻度を測定精度を損なわない範囲で少なくして、温度センサ出力測定回路での消費電力を削減することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、被測定対象物に対する測温接点を有する熱電対および熱電対出力測定回路と、上記熱電対の基準接点の温度を検出する温度センサおよび温度センサ出力測定回路と、所定の時間間隔Ｔａで上記熱電対の出力（熱起電力）と上記温度センサの出力（基準接点温度）とにより上記被測定対象物の温度を算出する制御部とを含む熱電対温度計において、上記制御部は、上記時間間隔Ｔａごとに上記熱電対出力測定回路から得られる上記熱電対出力の今回測定値と前回測定値との差を求めるとともに、その差の絶対値ΔＡとあらかじめ設定されている基準値Ｂとを比較し、上記絶対値ΔＡが上記基準値Ｂよりも大きい場合にのみ、上記温度センサ出力測定回路を動作させて上記基準接点の温度測定を行い、上記絶対値ΔＡが上記基準値Ｂよりも小さい場合には、上記温度センサ出力測定回路を動作停止状態とすることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、上記制御部は、上記基準接点温度を保存するメモリを備え、上記被測定対象物の温度を算出する際、上記メモリから最新の上記基準接点温度を読み出すことを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、上記制御部は、少なくとも測定開始の第１回目測定時に測定される上記基準接点温度を上記メモリに保存することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項において、上記制御部は、上記絶対値ΔＡが上記基準値Ｂよりも小さい場合が所定時間継続された際には、強制的に上記温度センサ出力測定回路を動作させて上記基準接点の温度測定を行うことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項において、上記制御部は、上記時間間隔Ｔａよりも長い所定時間間隔Ｔｂで強制的に上記温度センサ出力測定回路を動作させて上記基準接点の温度測定を行うことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、所定の時間間隔Ｔａごとに熱電対出力測定回路から得られる熱電対出力の今回測定値と前回測定値との差を求めるとともに、その差の絶対値ΔＡとあらかじめ設定されている基準値Ｂとを比較し、絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも大きい場合にのみ、温度センサ出力測定回路を動作させて基準接点の温度測定を行い、絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも小さい場合には、温度センサ出力測定回路を動作停止状態とするようにしたことにより、温度センサ出力測定回路での消費電力を削減することができる。

請求項２に記載の発明によれば、基準接点温度を保存するメモリを備え、被測定対象物の温度を算出する際、メモリから最新の基準接点温度を読み出すことにより、所定の時間間隔Ｔａごとに測定される熱電対出力と、メモリから読み出された最新の基準接点温度とにより被測定対象物の温度を算出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、少なくとも測定開始の第１回目測定時に測定される基準接点温度をメモリに保存することにより、測定開始時から絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも小さい状態が継続したとしても、被測定対象物の温度を算出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも小さい場合が所定時間継続された際には、強制的に温度センサ出力測定回路を動作させて基準接点の温度測定を行うようにしたことにより、測定値（被測定対象物の温度）の信頼性が確保される。

また、請求項５に記載の発明によれば、所定の時間間隔Ｔａよりも長い所定時間間隔Ｔｂで強制的に温度センサ出力測定回路を動作させて基準接点の温度測定を行うようにしたことにより、請求項４に記載の発明と同じく、測定値（被測定対象物の温度）の信頼性が確保される。

次に、図１ないし図３により、本発明の最良なる実施形態について説明する。図１は本発明の熱電対温度計の構成を示す模式図、図２は制御部の動作説明用のフロチャート、図３は熱電対出力の推移と基準接点温度測定との関係を説明するためのタイミングチャートである。

図１に示すように、この熱電対温度計は、基本的な構成として、図示しない被測定対象物に対する測温センサとしての熱電対１０と、熱電対１０が接続される測定器本体２０とを備える。

熱電対１０は、異種金属からなる２つの導体１０ａ，１０ｂを含み、それらの各一端は上記被測定対象物に対する測温接点１１として互いに接続され、それらの各他端１２ａ，１２ｂは開放もしくは高インピーダンスの基準接点１２として測定器本体２０に接続される。本発明において、熱電対１０には、Ｂ，Ｒ，Ｓ，Ｋ，Ｅ，ＪおよびＴのうちのいずれかが用いられてよい。

測定器本体２０内には、基準接点１２が接続され、熱電対１０の出力（熱起電力）を測定する熱電対出力測定回路２１と、基準接点１２の近傍に配置され、基準接点１２の温度を検出する温度センサ２２と、温度センサ２２の出力（基準接点温度）を測定する温度センサ出力測定回路２３と、制御部２４と、表示部２５と、メモリ２６と、通信部２７とが設けられている。

制御部２４には、例えば演算処理機能を有するＣＰＵやマイクロコンピュータ等が用いられてよい。制御部２４は、熱電対出力測定回路２１から出力される熱電対出力（熱起電力）と、温度センサ出力測定回路２３から出力される基準接点温度とにより、定法にしたがって上記被測定対象物の温度を算出する。

表示部２５は、液晶もしくはプラズマ等からなる表示パネルを用いることができる。場合によっては、プリンタが用いられてもよい。メモリ２６には、制御部２４の動作プログラムが格納されるＲＯＭと、作業用のワークＲＡＭとが用意されている。通信部２７は、例えばパソコンなどの外部機器と交信するためのインターフェイスである。

次に、図２および図３を参照して、本発明の動作について説明する。本発明は、一般的に、熱電対１０の測定値に対して基準接点１２の温度の変動量が緩やかであることから、熱電対１０の測定値が所定値以上に変動した場合にのみ、基準接点１２の温度測定を行うことを基本としている。

まず、図示しない測定開始ボタンがオンにされると、制御部は、所定の時間間隔Ｔａ（図３のｔ１，ｔ２，ｔ３，…）で熱電対出力測定回路２１を動作させて熱電対出力Ｖを取り込むが、ステップＳＴ１０で測定開始後の第１回目の測定である場合には、ステップＳＴ１１〜ＳＴ１３を実行する。

すなわち、第１回目の測定時には、ステップＳＴ１１で熱電対出力測定回路２１を動作させて熱電対出力Ｖを取り込んだのち、ステップＳＴ１２で温度センサ出力測定回路２３を動作させて基準接点温度Ｓを取り込む。なお、熱電対出力Ｖと基準接点温度Ｓは、図示しないＡ／Ｄ変換器を介して電圧データとして取り込まれる。

そして、ステップＳＴ１３で熱電対出力Ｖと基準接点温度Ｓとにより図示しない被測定対象物の温度を算出し、その算出温度値を表示部２５に表示するとともに、基準接点温度Ｓをメモリ２６に保存する。

そして、ステップＳＴ１４で時間Ｔａが経過するまで待ったのち（インターバル待ちしたのち）、ステップＳＴ１５で測定停止でない場合には、ステップＳＴ１０に戻り、第２回目の測定以降は、ステップＳＴ１６〜ＳＴ１９を実行する。

すなわち、ステップＳＴ１６で熱電対出力測定回路２１を動作させて熱電対出力Ｖを取り込む。この熱電対出力Ｖを今回測定値Ｖ２とし、前回の第１回目で取り込んだ熱電対出力Ｖを前回測定値Ｖ１として、ステップＳＴ１７で今回測定値Ｖ２と前回測定値Ｖ１との差分（Ｖ２−Ｖ１）を算出する。その絶対値|Ｖ２−Ｖ１|をΔＡとする。

なお、ｎ回目の測定時における熱電対出力をＶｎとし、その前のｎ−１回目における熱電対出力をＶｎ−１とすると、ステップＳＴ１７では（Ｖｎ）−（Ｖｎ−１）の差が算出される。

制御部２４には、絶対値ΔＡに対する基準値Ｂがあらかじめ設定されており、ステップＳＴ１８でΔＡ＞Ｂかの判定が行われる。ＮＯ、すなわち絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも小さい場合には、基準接点温度Ｓが変動していないものと判断して、基準接点温度の測定を行うことなく、ステップＳＴ１３を実行する。

ステップＳＴ１３では、熱電対出力Ｖと基準接点温度Ｓとにより被測定対象物の温度を算出するが、この場合、基準接点温度Ｓはメモリ２６から読み出す。

これに対して、ステップＳＴ１８での判定がＹＥＳ、すなわち絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも大きい場合には、基準接点温度Ｓが変動しているものと判断し、ステップＳＴ１９で温度センサ出力測定回路２３を動作させて基準接点温度Ｓｎｅｗを取り込む。

そして、ステップＳＴ１３で、新たに取り込んだ基準接点温度ＳｎｅｗとステップＳＴ１６で取り込んだ熱電対出力Ｖ２とにより被測定対象物の温度を算出し、その算出温度値を表示部２５に表示するとともに、基準接点温度Ｓｎｅｗをメモリ２６に保存、好ましくは基準接点温度ＳをＳｎｅｗに書き換える。

以後同様に、測定停止指令があるまで、上記ステップＳＴ１６〜１９，ＳＴ１３〜１５が繰り返し実行されるが、ステップＳＴ１９が行われない場合には、メモリ２６から最新の基準接点温度Ｓｎｅｗを読み出して、被測定対象物の温度を算出する。

図３に熱電対出力Ｖの推移の一例を模式的に示す。これから分かるように、この例においては、熱電対出力Ｖが大きく変動するｔ４，ｔ５，ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３の測定時にのみ基準接点温度の測定が行われ、それ以外の熱電対出力Ｖが比較的安定している場合には基準接点温度の測定が行われないため、その分、消費電力の削減がはかれる。

ただし、熱電対と基準接点の温度とが同様に変動することもあり得るため、絶対値ΔＡが基準値Ｂよりも小さい場合が所定時間継続された際には、強制的に温度センサ出力測定回路２３を動作させて基準接点の温度測定を行うようにすることが好ましい。

また、別の方法として、上記時間間隔Ｔａよりも長い所定時間間隔Ｔｂで強制的に温度センサ出力測定回路２３を動作させて基準接点の温度測定を行うようにしてもよい。

本発明の熱電対温度計の構成を示す模式図。制御部の動作説明用のフロチャート。熱電対出力の推移と基準接点温度測定との関係を説明するためのタイミングチャート。従来ペアとして行われている熱電対出力測定と基準接点温度測定とを示すタイミングチャート。

符号の説明

１０熱電対
１１測温接点
１２基準接点
２０測定器本体
２１熱電対出力測定回路
２２温度センサ
２３温度センサ出力測定回路
２４制御部
２５表示部
２６メモリ
２７通信部

Claims

被測定対象物に対する測温接点を有する熱電対および熱電対出力測定回路と、上記熱電対の基準接点の温度を検出する温度センサおよび温度センサ出力測定回路と、所定の時間間隔Ｔａで上記熱電対の出力（熱起電力）と上記温度センサの出力（基準接点温度）とにより上記被測定対象物の温度を算出する制御部とを含む熱電対温度計において、
上記制御部は、上記時間間隔Ｔａごとに上記熱電対出力測定回路から得られる上記熱電対出力の今回測定値と前回測定値との差を求めるとともに、その差の絶対値ΔＡとあらかじめ設定されている基準値Ｂとを比較し、上記絶対値ΔＡが上記基準値Ｂよりも大きい場合にのみ、上記温度センサ出力測定回路を動作させて上記基準接点の温度測定を行い、上記絶対値ΔＡが上記基準値Ｂよりも小さい場合には、上記温度センサ出力測定回路を動作停止状態とすることを特徴とする熱電対温度計。
上記制御部は、上記基準接点温度を保存するメモリを備え、上記被測定対象物の温度を算出する際、上記メモリから最新の上記基準接点温度を読み出すことを特徴とする請求項１に記載の熱電対温度計。
上記制御部は、少なくとも測定開始の第１回目測定時に測定される上記基準接点温度を上記メモリに保存することを特徴とする請求項２に記載の熱電対温度計。
上記制御部は、上記絶対値ΔＡが上記基準値Ｂよりも小さい場合が所定時間継続された際には、強制的に上記温度センサ出力測定回路を動作させて上記基準接点の温度測定を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱電対温度計。
上記制御部は、上記時間間隔Ｔａよりも長い所定時間間隔Ｔｂで強制的に上記温度センサ出力測定回路を動作させて上記基準接点の温度測定を行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の熱電対温度計。