JP5235963B2 - 温度測定装置及びこの温度測定装置を用いた空気調和機 - Google Patents

Description

この発明は、空気調和機に使用するサーミスタを用いる温度測定装置及びこの温度測定装置を用いた空気調和機に関するものである。

空気調和機等に用いられ、サーミスタの抵抗値に基づいて温度を測定する温度測定装置として、「所望のサーミスタ素子のサーミスタの抵抗値の変化を検出し次式に基づく演算により温度換算する演算手段を有する温度測定装置において前記サーミスタ素子のサーミスタの基準抵抗値及びＢ定数を前記演算手段へ入力する入力手段を設けたことを特徴とする温度測定装置」というものがある（特許文献１参照）。

特開平３−１１５８２１号公報（１頁、第１図）

しかしながら、特許文献１の温度測定装置は、サーミスタ定数及び基準抵抗値等の定数が既知であるサーミスタを使用しており、その定数に基づいて温度を検出している。そのため、故障等により空気調和装置等に使用されるサーミスタを交換する際には、予め指定された(定数が分かっている)サーミスタしか使用できず、その他の汎用サーミスタ等は使用できないという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、定数が既知ではないサーミスタを用いた場合でも、そのサーミスタの抵抗値に基づいて温度を測定することができる温度測定装置を提供することを目的とする。

本発明における温度測定装置は、温度に応じた抵抗値を出力するサーミスタと、前記抵抗値と、式（１）とに基づいて温度値を演算する演算処理部と、前記サーミスタにおける３点以上の試験抵抗値及び該３点以上の試験抵抗値にそれぞれ対応する試験温度値を入力する外部入力手段と、を備え、前記演算処理部は、前記サーミスタにおいて、式（１）におけるＢ、Ｒ₀及びＴ₀から成る定数が既知ではない場合、前記外部入力手段から入力された前記３点以上の試験抵抗値及び３点以上の前記試験温度値を用いて次式の定数を演算し、温度を測定する場合は、定数が定められた式（１）と前記サーミスタから入力された抵抗値とに基づいて求められた温度値を出力する。
Ｒ＝Ｒ₀・ｅｘｐＢ（１／Ｔ−１／Ｔ₀） （１）
ここで、Ｒ：温度Ｔ[℃]における抵抗値、Ｒ₀：温度Ｔ₀[℃]における抵抗値、Ｂ：サーミスタ定数、Ｔ：測定温度とする。

本発明により、定数が既知ではないサーミスタを用いた場合でも、そのサーミスタの抵抗値に基づいて温度を測定することができる温度測定装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における温度測定装置を用いた制御システムを示す図である。 本発明の実施の形態１における温度測定装置の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１の温度測定装置における温度と抵抗値との関係を定数を用いて求めたグラフである。 本発明の実施の形態１の温度測定装置における温度と抵抗値との関係を試験抵抗値及び試験温度値を用いて求めたグラフである。 本発明の実施の形態２における温度測定装置を用いた制御システムを示す図である。 本発明の実施の形態２における温度変換テーブルの例を示したものである。 本発明の実施の形態２における温度測定装置の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における温度測定装置の制御内容を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における式に基づいて温度変換テーブルを作成する手順の例を示したものである。

以下、本発明における温度測定装置の一例について、図面を用いて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１における温度測定装置を用いた制御システムを示す図である。
図１における制御システムは、温度を測定する温度測定装置１２と、空気調和機の運転制御を行う空調制御装置１８とを備えている。また、温度測定装置１２は、演算処理部２０と、温度に応じて抵抗値が変わるサーミスタ１１と、定数等が入力される外部入力手段１９とを備えている。なお、外部入力手段１９とは、例えばリモートコントローラー等である。
また、演算処理部２０は、Ａ／Ｄ変換装置１３、入力回路１４、ＣＰＵ１６及び出力回路１７を備えている。

温度測定装置１２において、サーミスタ１１から入力された抵抗値はＡ／Ｄ変換装置１３によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。そして、その抵抗値のデジタル信号に基づいて、後述する方法によりＣＰＵ１６が温度値を演算し、出力する。その温度値は出力回路１７を介して空調制御装置１８に送られ、その温度値に基づいて空調制御装置１８が空気調和機の制御を行う。ここで、空調制御装置１８は、例えば圧縮機等の駆動系を制御することで、検出した温度値が設定温度になるように制御を行う。

また、サーミスタ１１は、遷移金属酸化物から成る半導体の抵抗値が温度上昇とともに著しく変化する特性を利用したもので、この温度値と抵抗値の特性を示す式は、次の式（１）で表現できる。
Ｒ＝Ｒ₀・ｅｘｐＢ（１／Ｔ−１／Ｔ₀） （１）
ここで、Ｒは、温度Ｔ[℃]における抵抗値であり、Ｒ₀は、温度Ｔ₀[℃]における抵抗値であり、Ｂは、サーミスタ定数であり、Ｔは測定温度である。
つまり、Ｔ₀、Ｒ₀及びサーミスタ定数Ｂを知ることができれば、サーミスタ１１の温度と抵抗の特性を知ることができる。なお、温度Ｔ₀[℃]における抵抗値Ｒ₀及びサーミスタ定数Ｂは、サーミスタの構成物質によって決まる熱的定数である。以下の説明及び図面においてＴ₀、Ｒ₀及びサーミスタ定数Ｂを定数と記載する。

次に本発明の実施の形態１における制御内容について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１における温度測定装置の制御内容を示すフローチャートである。図３は、本発明の実施の形態１の温度測定装置における温度と抵抗値との関係を定数を用いて求めたグラフである。また、図４は、本発明の実施の形態の温度測定装置における温度と抵抗値との関係を試験抵抗値及び試験温度値を用いて求めたグラフである。

図２のフローチャートにおいて、本実施の形態における空気調和機等に用いられるサーミスタ１１が、故障により交換が必要となった場合等にこのフローチャートが開始する。
ステップＳ０１において、ユーザーは、使用するサーミスタ１１の定数が既知であるかを判定し、既知である場合はステップＳ０２へ進む。ステップＳ０２において、ユーザーは外部入力手段１９から、サーミスタ１１の定数を入力する。そして、その定数を式（１）に入力することで、例えば図３に示すようなサーミスタ１１の温度と抵抗値の特性が得られる。そして、ステップＳ０５において、得られた式とサーミスタ１１から入力された抵抗値とに基づいて温度値を出力する。

また、ステップＳ０１において、使用するサーミスタ１１の定数が既知でない場合は、ステップＳ０３へ進む。ステップＳ０３において、ユーザーがリモートコントローラ等の外部入力手段１９によりサーミスタ１１の試験抵抗値及びその試験抵抗値に対応する試験温度値を３点以上入力する。ここで、試験抵抗値及び試験温度値とは、サーミスタ１１を用いて予め３点以上の温度値における抵抗値を測定したものである。

そして、ステップＳ０４において、入力されたデータに基づいて温度と抵抗値の特性を示す定数が演算され、例えば図４に示すような特性が得られる。なお、この演算はＣＰＵ１６で行ってもよいが、外部の演算器等で定数を演算してからその定数を外部入力手段１９からＣＰＵ１６に出力してもよい。そして、ステップＳ０５において、得られた式とサーミスタ１１から入力された抵抗値とに基づいて温度値を出力する。
なお、ステップＳ０１〜ステップＳ０４の処理は、例えばサーミスタ１１を交換した場合の初期設定として行うものであり、温度を測定する場合は、ステップＳ０５の処理のみ行えばよい。

以上のように、定数が既知ではない汎用サーミスタ等を用いた場合でも、定数を求めることができるので、そのサーミスタの抵抗値に基づいて温度を測定することができる温度測定装置１２を得ることができる。

実施の形態２．
図５は、本実施の形態２における温度測定装置を用いた制御システムを示す図である。
図５における制御システムは、実施の形態１における図１の制御システムに温度変換テーブル１５を加えたものであり、他の構成は図１と同じであるものとする。

図６は、本発明の実施の形態２における温度変換テーブルの例を示したものである。
温度変換テーブル１５は、汎用サーミスタ等の様々なサーミスタ１１のそれぞれに対応する温度変換テーブルを含み、複数の抵抗値データ及びその抵抗値データに対応する温度データから構成されるものである。例えば図６に示すように、汎用サーミスタＡに対応する温度変換テーブル１５ａ及び汎用サーミスタＢに対応する温度変換テーブル１５ｂを備える。なお、温度変換テーブル１５は、温度測定装置１２の内部メモリに記憶されていてもよいが、温度測定装置１２の外部のメモリに記憶されていてもよい。

図７は、本発明の実施の形態２における温度測定装置の制御内容を示すフローチャートである。
図７のフローチャートは、実施の形態１の図２のフローチャートのステップＳ０５の代わりにステップＳ０６及びステップＳ０７を追加したものである。なお、ステップＳ０１〜ステップＳ０４については、実施の形態１の図２のフローチャートと同じであるため、説明は省略する。

ステップＳ０６において、ステップＳ０２又はステップＳ０４で得られた式に最も適合する温度変換テーブルを選択する。ここで、選択する方法として、例えば、図６で示した温度変換テーブル１５ａの温度データｔａ１を式（１）のＴに代入する。そこで得られた抵抗値Ｒと、温度データｔａ１に対応する抵抗値データｒａ１との差を演算する。温度変換テーブル１５ａの全ての温度データ及び抵抗値データにおいてそのような演算を行いその差を合計する。そして、他の温度変換テーブルにおいても同様に差を演算し、差の合計が最も少ない温度変換テーブルを選択する。

そして、温度を測定する場合、ステップＳ０６で選択された温度変換テーブル１５を用いて、サーミスタ１１から出力された抵抗値に最も近い抵抗値データに対応する温度データが、温度値として出力される（ステップＳ０７）。ここで、温度変換テーブル１５の温度データを用いて温度値を出力するため、実施の形態１のステップＳ０５のように式を用いて演算するよりも処理を高速化することができる。
なお、ステップＳ０１〜ステップＳ０６の処理は、例えばサーミスタ１１を交換した場合の初期設定として行うものであり、温度を測定する場合は、ステップＳ０７の処理のみ行えばよい。

以上により、本実施の形態２における温度測定装置は、実施の形態１における効果を同様に得ることができる。さらに、温度測定において、予め用意された温度変換テーブルを用いるため、処理を高速化することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３における温度測定装置の制御内容を示すフローチャートである。なお、本実施の形態３における温度測定装置を用いた制御システムについては実施の形態２の図５に示したものと同様である。
また、図８のフローチャートは、実施の形態２の図７のフローチャートのステップＳ０６の代わりにステップＳ０８を用いたものである。なお、ステップ０１〜ステップ０４及びステップＳ０７については、実施の形態２の図７と同じであるため、説明は省略する。

図８のステップＳ０８において、ステップＳ０２又はステップＳ０４において定数が求められた式（１）に基づいて温度変換テーブル１５を作成する。
図９は本発明の実施の形態３における式に基づいて温度変換テーブル１５を作成する手順の例を示したものである。
図９（ａ）は、ステップＳ０２又はステップＳ０４において得られた式の一例を示す図である。そして、図９（ｂ）のように上記の式に一致する抵抗値Ｒと温度値Ｔのデータを所定の間隔で数点取得する。そして、取得したデータを用いて図９（ｃ）のような温度変換テーブル１５を作成する。

以上により、本実施の形態３における温度測定装置は、実施の形態１及び実施の形態２における効果を同様に得ることができる。さらに、使用するサーミスタに適合する温度変換テーブルを作成するため、予め温度変換テーブルがない場合でも、温度変換テーブルを用いて温度値を出力することができる。

１１ サーミスタ、１２ 温度測定装置、１３ Ａ／Ｄ変換装置、１４ 入力回路、１５，１５ａ，１５ｂ 温度変換テーブル、１６ ＣＰＵ、１７ 出力回路、１８ 空調制御装置、１９ 外部入力手段、２０ 演算処理部。

Claims (4)

1. 温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタと、
   前記抵抗値と、式（１）とに基づいて温度値を演算する演算処理部と、
   前記サーミスタにおける３点以上の試験抵抗値及び該３点以上の試験抵抗値にそれぞれ対応する試験温度値を入力する外部入力手段と、
   を備え、
   前記演算処理部は、
   前記サーミスタにおいて、式（１）におけるＢ、Ｒ₀及びＴ₀から成る定数が既知ではない場合、前記外部入力手段から入力された前記３点以上の試験抵抗値及び３点以上の前記試験温度値を用いて次式の定数Ｂ、Ｒ₀及びＴ₀を演算し、
   温度を測定する場合は、定数が定められた式（１）と前記サーミスタの抵抗値とに基づいて求められた温度値を出力することを特徴とする温度測定装置。
   Ｒ＝Ｒ₀・ｅｘｐＢ（１／Ｔ−１／Ｔ₀） （１）
   ここで、Ｒ：温度Ｔ[℃]における抵抗値、Ｒ₀：温度Ｔ₀[℃]における抵抗値、Ｂ：サーミスタ定数、Ｔ：測定温度とする。
2. 前記演算処理部は、
   定数が定められた前記式（１）に基づいて、前記サーミスタの複数の抵抗値データ及び前記複数の抵抗値データに対応する温度データから構成される温度変換テーブルを作成し、
   温度を測定する場合は、該選択された温度変換テーブルの前記抵抗値データ及び前記温度データにおいて、前記サーミスタの抵抗値に最も近い抵抗値データを選択し、該抵抗値データに対応する温度データを温度値として出力することを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
3. 複数のサーミスタのそれぞれに対応する温度変換テーブルを備え、
   該温度変換テーブルは、複数の抵抗値データ及び前記複数の抵抗値データに対応する温度データから構成され、
   前記演算処理部は、
   複数の前記温度変換テーブルのそれぞれにおける前記複数の抵抗値データ及び前記温度データと前記式（１）とを用いて得られる演算結果に基づいて、前記式（１）に最も適応する前記温度変換テーブルを選択し、
   温度を測定する場合は、前記サーミスタの抵抗値に最も近い抵抗値データを該選択された温度変換テーブルから選択し、該抵抗値データに対応する温度データを温度値として出力することを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の温度測定装置と、
   前記温度測定装置から出力される前記温度値に基づいて空気調和機の運転を制御する空調制御装置とを備えることを特徴とする空気調和機。
   

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