JP5189924B2

JP5189924B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP5189924B2
Application number: JP2008207021A
Authority: JP
Inventors: 國雄荻内; 昌幸増田
Original assignee: 大興電気株式会社
Priority date: 2008-08-11
Filing date: 2008-08-11
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2028-08-11
Also published as: JP2010043900A

Description

本発明は温度や圧力の変化により抵抗が変化するサーミスタ、圧力センサ等を使用して被測定部の状態量を測定する測定装置に関する。

ビル内の業務用大型空調機では、冷水管、温水管、給気ダクト、環気ダクト等の水や空気の温度の管理が行われている。従来の例えば温度測定器は、バイメタルによる針式アナログ計器であるため、測定者によって読みが異なり、丸められることもあり、計測が曖昧である。また、計器自体が配管やダクトに直接取り付けられているため、表示部が見にくいし、作業者が変わると、計器の位置を見つけられないこともあった。さらに、空調機１台に４箇所以上計器が設けられ、それぞれ位置が異なるため、例えば冷水の行きと戻りの温度を直接見て比較することは困難であった。

また、従来の計器は、バイメタル式等の安価なものが使用され、故障が多く、配管から冷却水を抜き取る等の大掛かりな作業を頻繁に行う必要があった。配管に計器本体を取り付けるための座を設けるためのフランジ加工が必要であるため、多大な取付費用がかかっていた。

特許文献１には、太陽電池を用いたデジタル式温度計が記載されているが、配管に被覆体を介して取り付けるものであるため、依然として前述した問題を含むものである。
特許文献２には、サーミスタと温度測定回路をケーブルで接続し、電源として太陽電池と一次電池を切り換えて使用するデジタル温度計が提案されている。しかし、これは、一次電池が必要なだけ、高価であり、電池の交換も必要である。また、サーミスタと温度測定回路の間のケーブルの長さが一定であるため、被測定箇所と表示箇所が制限される。
特開２００５−８３８３１号公報特開２００６−１０４６３号公報

本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたもので、測定者が見やすい場所で２つの被測定部の温度を比較して見ることができ、配線の長さの影響を受けず、低電力、低照度であっても測定が可能であり、電池の交換が不要で長期間正確な測定が可能な測定装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、第１の手段は、
被測定部に設けられ、該被測定部の状態量に感応して抵抗が変化する少なくとも第１と第２の状態量検出器と、
前記第１と第２の状態量検出器を周期的に切り換えるポイント切換えスイッチと、
前記ポイント切換えスイッチにより切り換えられた状態量検出器と３つの抵抗とで構成されたブリッジ回路と、
太陽電池と前記太陽電池からの電力を蓄積するコンデンサとからなる電源供給回路と、
前記第１と第２の状態量検出器に対応して設けられた少なくとも２つの表示部と、
前記電源供給回路からの電源電圧に基づいてリファレンス電圧を形成し、このリファレンス電圧を前記ブリッジ回路に周期的に入力し、前記ブリッジ回路の出力をアナログデジタル変換器により測定値に変換し、該測定値を前記ポイント切換えスイッチにより切り換えられた状態量検出器に対応する前記表示部に表示する制御部とを備えたものである。

第２の手段では、前記状態量検出器は、被測定部の温度に感応して抵抗が変化するサーミスタである。

第３の手段では、前記状態量検出器は、被測定部の圧力に感応して抵抗が変化する圧力センサである。

第４の手段では、前記少なくとも２つの表示部は併設されている。

第５の手段では、前記リファレンス電圧を前記ブリッジ回路に供給してから、前記状態量検出器に印加されるセンサ電圧が安定するまでの所定時間後に、前記ブリッジ回路での計測を開始する。

第６の手段では、前記第１と第２の状態量検出器が関係する２つの被測定部の状態量を検出するチャンネルを構成し、前記チャンネルを複数設け、前記チャンネルを切り換えるチャンネル切換えスイッチを設ける。

前記第１から第３の手段による発明によれば、第１と第２の状態量検出器に対応して設けられた少なくとも２つの表示部を有するので、測定者が見やすい場所で２つの被測定部の温度を比較して見ることができる。
また、電源供給回路からの電圧をブリッジ回路にリファレンス電圧として周期的に入力し、しかもポイント切換えスイッチにより切り換えられた状態量検出器に対応する表示部にだけ表示するので、消費電力を低減することができる。
また、ポイント切換えスイッチにより被測定部を切り換えて交互に測定するので、第１と第２の状態量検出器への配線が束ねられることによる状態量検出器相互間の干渉がなくなる。
また、電源が太陽電池とコンデンサからなり、二次電池を使用しないため、電池交換が不要であるうえ、劣化せず、長期間使用することができる。
さらに、状態量検出器は、配管やダクト等の被測定部の表面にテープなどの適宜の固着手段により簡単に取り付けることができるので、特殊な取り付け具や加工が不要となる。

前記第４の手段による発明によれば、２つの表示部が併設されているので、それぞれの表示部に表示された測定値を一目で見比べることができ、関連のある被測定部の測定値を簡単に比較することができる。

前記第５の手段による発明によれば、リファレンス電圧をブリッジ回路に供給してから、状態量検出器に印加されるセンサ電圧が安定するまでの所定時間後に、ブリッジ回路での計測を開始するので、状態量検出器の配線の長短に拘わらず、正確な測定を行うことができる。

前記第６の手段による発明によれば、チャンネルを切り換えることで、多くの被測定部の状態量を測定することができ、いつでも一箇所で測定値を確認することができる。
また、一次電池を使用せず、太陽電池のみで、多チャンネルの被測定部を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。

図１は、本発明に係る測定装置本体１を示す。測定装置本体１は、シールド性の高い金属製例えば鉄製で、外側正面にソーラーパネル２、表示部３、チャンネル切換ボタン４が設けられている。ソーラーパネル２は太陽電池５を内蔵している。表示部３は、液晶表示装置であり、左側にポイント１の被測定部の測定値を表示する第１表示部３ａと、右側にポイント２の被測定部の測定値を表示する第２表示部３ｂとを有している、第１表示部３ａと第２表示部３ｂの間には、ＡからＤのチャンネル表示部３ｃが設けられている。チャンネル切換えボタン４は、オペレータに押されると内部のチャンネル切換えスイッチ６がオンオフするようになっている。第１表示部３ａ、第２表示部３ｂ、及びチャンネル表示部３ｃは、一体の液晶表示パネルからなっている。

図２は、前記測定装置本体１が取り付けられる空調装置７を示す。空調装置７は、外気取入れ口８、環気ダクト９、フィルタ１０、冷凍機からの冷水管１１ａ，１１ｂが接続された冷却器１２、ボイラからの温水管１３ａ，１３ｂに接続された加熱器１４、温水管１３ａからの分岐管１３ｃに接続された加湿器１５、送風機１６、給気ダクト１７、及び排気口１８を備えている。この空調装置７では、外気取入れ口８からの外気と環気ダクト９からの環気との混合空気流れをフィルタ１０で濾過し、冷却器１２で冷却し、加湿器１５で適宜加湿し、さらに加熱器１４で所定温度に加熱した後、空調された空気を送風機１６により給気ダクト１７を介してビル内の必要箇所に供給される。ビル内の空気は環気ダクト９を介して空調装置７に戻り、循環する。また、必要に応じて排気口１８より外部に排気される。

空調装置７のオペレータから見やすい位置には、図１に示す測定装置本体１が取り付けられている。入りの冷水管１１ａと戻りの冷水官１１ｂの外面には、それぞれ、サーミスタＴ１，Ｔ２が取り付けられ、入りの温水管と戻りの温水管１３ａ，１３ｂの外面にも、それぞれサーミスタＴ３，Ｔ４が取り付けられている。また、環気ダクト９と給気ダクト１７の内面には、それぞれ、サーミスタＴ５，Ｔ６が取り付けられ、外気取り入れ口８と排気口１８の内面にも、それぞれサーミスタＴ７，Ｔ８が取り付けられている。これらのサーミスタＴ１〜Ｔ８は、テープや接着剤などの簡単な固着手段で固定し、その上を保温材で覆うだけであり、配管やダクトの表面に簡単に取り付けることができる。例えば、図３に示すように、サーミスタＴ１は、シールド配線の先端から露出させたリファレンス線とアース線に接続され、熱収縮チューブで保護されている。

サーミスタＴ１〜Ｔ８は、温度が上がると抵抗値が下がる負特性を有する高感度サーミスタである。本発明では、サーミスタＴ１〜Ｔ８は正特性であっても使用可能である。これらの合計８個のサーミスタＴ１〜Ｔ８は、本発明の状態量検出器であり、配線により装置本体１まで導かれている。なお、状態量検出器としては、冷水、温水、循環空気の温度を検出するサーミスタＴ１〜Ｔ８に限らず、循環空気の圧力を検出する圧力センサとすることもできる。圧力センサとしては、ダイヤフラムに作用する圧力に応じてダイヤフラムに設けた歪みゲージのゲージ抵抗が変化するダイヤフラム式一般的であるが、これに限定するものではない。

図４は、本発明にかかる測定装置の回路図を示す。太陽電池５には、コンデンサＣとツェナダイオードＺＤが並列に接続されている。太陽電池５とコンデンサＣは、本発明の構成要素である電源供給回路１９を構成している。コンデンサＣの両端はマイコン２０に接続されている。ツェナダイオードＺＤは、通常は屋内の蛍光灯が照射されている太陽電池５が直接太陽に当たって電圧が上がった場合に、素子が破壊されないように、電流を逃がすものである。マイコン２０は、超低消費電力型（テキサスインストゥルメント社製ＭＳＰ４３０Ｆ４３ｘ０が好ましい）で、後述するアナログデジタルコンバータ２４や図示しない液晶ドライバを内蔵し、電源供給回路１９からの電源電圧からリファレンス電圧を形成する。

前述した８個のサーミスタＴ１〜Ｔ８は、ＣＭＯＳアナログマルチプレクサ（以下、単にマルチプレクサという。）２１の入力端子Ｓ１〜Ｓ８に接続されている。マルチプレクサ２１は、サーミスタＴ１〜Ｔ８からの入力をマイコン２０からの３ビットのバイナリアドレスライン２２によって決定される１つの入力に切り換えて出力端子Ｄから出力する。このマルチプレクサ２１は、本発明の構成要素であるポイント切換えスイッチに相当する。マルチプレクサ２１により切り換えられたサーミスタＴ１〜Ｔ８のいずれか１つと、他の３つの抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３はブリッジ回路２３を構成している。ブリッジ回路２３には、電源供給回路１９からの電源電圧に基づきマイコン２０で形成されるリファレンス電圧が供給される。ブリッジ回路２３の出力は、マイコン２０に内蔵されたアナログデジタルコンバータ２４によりデジタル計測値に変換される。

マイコン２０には、前述したように第１表示部３ａ，第２表示部３ｂ，チャンネル表示部３ｃを備える表示部３が接続されている。また、マイコン２０には、前述したチャンネル切換えスイッチ６が接続されている。チャンネル切換えスイッチ６がオンする毎に、ＡからＤのチャンネルが切り換えられる。チャンネルＡは、冷水管１１ａ，１１ｂに取り付けられたサーミスタＴ１，Ｔ２、チャンネルＢは温水管１３ａ，１３ｂに取り付けられたサーミスタＴ３，Ｔ４、チャンネルＣは環気ダクト９と給気ダクト１７に取り付けられたサーミスタＴ５，Ｔ６、チャンネルＤは外気取入れ口８と排気口１８に取り付けられたサーミスタＴ７，Ｔ８の測定値を表示する。なお、手動のチャンネル切換えスイッチ６を使用せずに、１秒から４秒のサイクルで自動的にチャンネル切換えスイッチを切り換えるようにしてもよい。

以下、前記マイコン２０のＣＰＵによる測定動作を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず、ステップＳ１で、スタートしてから１秒経過したか否かを判断し、経過していなければ待機し（スリープ状態）、経過していればステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、チャンネル切換えスイッチ６のオン，オフを確認し、オフであれば現在のチャンネルを維持し、オンであればステップＳ３で次のチャンネルに切り換える。これにより、空調装置のオペレータは、チャンネル切換えボタン４を順次押すことで、温度の確認を希望するチャンネルＡ〜Ｄを選択することができる。例えば、冷水管１２ａ，１２ｂの入りと戻りの温度を確認した後、温水管１３ａ，１３ｂの入りと戻りの温度を確認したい場合は、チャンネル切換えボタン４を１回押せばよい。このチャンネルの組合せは一例であり、必要に応じて変更することもできる。

次に、ステップＳ４で、リファレンス電圧をブリッジ回路２３に供給する。すなわち、電源供給回路１９の太陽電池５で発生する電力は、コンデンサＣに蓄積され、このコンデンサＣからの２．５Ｖの電源電圧がマイコン２０に供給され、マイコン２０はこの電源電圧より１．２Ｖのリファレンス電圧を形成し、ブリッジ回路２３に供給する。

図６は、リファレンス電圧を１秒間隔で周期的に印加する状況を示す。このように、１秒の経過を待ってブリッジ回路２３にリファレンス電圧を供給するので、太陽電池からの電力が微弱であっても、１秒間の間にコンデンサＣに十分に充電することができ、必要なリファレンス電圧を確保することができる。

また、リファレンス電圧をブリッジ回路２３に周期的に供給し、しかもマルチプレクサ２１により切り換えられたポイントに対応する表示部３ａ又は３ｂにだけ表示するので、消費電力を低減することができる。電力供給装置１９は、太陽電池５とコンデンサＣからなるので、電池交換が不要である。

なお、この実施形態では、コンデンサＣに充電するための待機時間は１秒としているが、これに限るものではなく、太陽電池５やコンデンサＣの容量によって決定すべきものである。

次に、ステップＳ５で、ブリッジ回路２３にリファレンス電圧を供給してから８/１０００秒が経過したか否かを判断する。８/１０００秒が経過していなければ、待機し、８/１０００秒が経過していれば、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、アナログデジタルコンバータ２４を起動し、ステップＳ７で温度を計測する。アナログデジタルコンバータ２４からの計測完了信号に基づいて、温度の計測が完了したと判断すると、ステップＳ８でリファレンス電圧を遮断し、ステップＳ９でアナログデジタルコンバータ２４を停止する。

一般に、配線のリファレンス線とアース線の間の空間が寄生コンデンサＣｐ（図４参照）を形成するので、サーミスタＴ１〜Ｔ８の配線すなわちサーミスタＴ１〜Ｔ８から測定装置本体１までの距離の長短によって、サーミスタＴ１〜Ｔ８へのセンサ電圧が変化する。図７に示すように、配線が短いと、寄生コンデンサＣｐの容量が小さいので、センサ電圧の立ち上がり時間が短く、早い時点で計測を開始できる。これに対し、配線が長いと、寄生コンデンサＣｐの容量が大きいので、センサ電圧の立ち上がり時間が長く、計測を開始できる時点を遅くする必要がある。本実施形態では、このような配線の長さの影響を無くすために、最も長い配線の長さを５０ｍとしたときにリファレンス電圧の供給時からセンサ電圧が立ち上がって安定するまでの時間８／１０００秒を計測開始時点としている。

ステップＳ１０では、現在の被測定部のポイントを確認し、ポイント１であれば、ステップＳ１１で第１表示部３ａに測定値を表示し、ポイント２であれば、ステップＳ１２で第２表示部３ｂに測定値を表示する。表示部３ａ，３ｂを切り換えても、切換前の表示部には測定値が表示されたままである。被測定部のポイントは、１秒間隔でリファレンス電圧がブリッジ回路２３に供給される毎にマルチプレクサ２１によって切り換えられる。

第１表示部３ａと第２表示部３ｂは横に併設されているので、第１表示部３ａのポイント１の温度と、第２表示部のポイント２の温度を比較して見ることができる。例えば、冷水の入りと戻りの温度を一目で見比べて確認することができる。また、チャンネルを切り換えるだけで、サーミスタＴ１〜Ｔ８のある位置に行かなくても、全ての被測定部の温度を定位置で確認することができる。

前述の表示が完了すると、ステップＳ１３でポイントを切り換えて、ステップＳ１に戻り、同様の動作を繰り返す。

図８は、本発明の計測装置のシステム全体の消費電流を示す。リファレンス電圧を供給するまでは、表示部３の液晶を駆動する電流だけが消費され、リファレンス電圧を供給してから８／１０００秒経過するまでは、センサ電圧を立ち上げるのに要する電流が消費され、計測を開始してから終了するまでは、アナログデジタルコンバータ２４を駆動するのに要する電流が消費される。斜線で示す領域がコンデンサＣの消費電力である。

前記実施形態では、リファレンス電圧を供給してから計測を開始するまでの時間は８/１０００秒としているが、これに限定するものではなく、サーミスタ等の状態量検知器の種類、配線の長さ、種類等を考慮して決定すべきものである。

なお、前記実施形態は、本発明の測定装置を空調装置に適用した例であるが、本発明の測定装置は、空調装置に限らず、発電装置や化学プラントにも適用することができる。

本発明に係る測定装置の測定装置本体を示す斜視図。図１の測定装置本体が取り付けられる空調装置の概略構成図。サーミスタの一例を示す斜視図。本発明に係る測定装置の回路図。本発明に係る測定装置の動作を示すフローチャート。リファレンス電圧の印加周期を示す図。サーミスタの配線の長短によるセンサ電圧の変化を示す図。本発明に係る測定装置のシステム全体の消費電流の変化を示す図。

符号の説明

３ａ第１表示部
３ｂ第２表示部
５太陽電池
６チャンネル切換えスイッチ
１９電源供給回路
２０マイコン（制御部）
２１マルチプレクサ（ポイント切換えスイッチ）
２３ブリッジ回路
２４アナログデジタルコンバータ
Ｃコンデンサ
Ｔ１〜Ｔ８サーミスタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３抵抗

Claims

被測定部に設けられ、該被測定部の状態量に感応して抵抗が変化する少なくとも第１と第２の状態量検出器と、
前記第１と第２の状態量検出器を周期的に切り換えるポイント切換えスイッチと、
前記ポイント切換えスイッチにより切り換えられた状態量検出器と３つの抵抗とで構成されたブリッジ回路と、
太陽電池と前記太陽電池からの電力を蓄積するコンデンサとからなる電源供給回路と、
前記第１と第２の状態量検出器に対応して設けられた少なくとも２つの表示部と、
前記電源供給回路からの電源電圧に基づいてリファレンス電圧を形成し、このリファレンス電圧を前記ブリッジ回路に周期的に入力し、前記ブリッジ回路の出力をアナログデジタル変換器により測定値に変換し、該測定値を前記ポイント切換えスイッチにより切り換えられた状態量検出器に対応する前記表示部に表示する制御部とを備えたことを特徴とする測定装置。
前記状態量検出器は被測定部の温度に感応して抵抗が変化するサーミスタであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記状態量検出器は被測定部の圧力に感応して抵抗が変化する圧力センサであることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
前記少なくとも２つの表示部は併設されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の測定装置。
前記リファレンス電圧を前記ブリッジ回路に供給してから、前記状態量検出器に印加されるセンサ電圧が安定するまでの所定時間後に、前記ブリッジ回路での計測を開始することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の測定装置。
前記第１と第２の状態量検出器が関係する２つの被測定部の状態量を検出するチャンネルを構成し、前記チャンネルを複数設け、前記チャンネルを切り換えるチャンネル切換えスイッチを設けたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の測定装置。