JP5594315B2 - 温度測定装置及び温度測定方法 - Google Patents

Description

この発明は、熱電対を用いて、温度を測定する温度測定装置及び温度測定方法に関するものである。

熱電対には測温接点と冷接点があり、測温接点は温度測定対象に接触する点であり、冷接点は熱電対を温度センサとする温度測定器に接続する点のことである。
熱電対を温度センサとする温度測定装置に入力される熱電対の起電力（以後、「入力起電力Ｅｔｃ」と称する）は、測温接点の温度（以後、「測定対象温度Ｔｘ」と称する）に相当する起電力から、冷接点の温度（以後、「冷接点温度Ｔｊ」と称する）に相当する起電力を減算した起電力となる。
熱電対を用いて温度を測定する場合、温度測定対象に触れている熱電対からの入力起電力Ｅｔｃを補償するため、図９に示すように、温度測定装置が、熱電対からの入力起電力Ｅｔｃと、冷接点の近傍に設置されている冷接点センサ（例えば、測温抵抗体やダイオード等の温度センサ）による冷接点センサ温度Ｔｒを熱電対の起電力に変換した補償起電力Ｅｔｒとを加算し、その加算結果である測定起電力Ｔｔｙを温度に換算した値を温度測定対象の測定温度Ｔｙとする方法が一般的である。
通常、室温が安定している環境下（例えば、室温が２５℃で安定している環境下）で、冷接点センサによる冷接点センサ温度Ｔｒが、冷接点温度Ｔｊと同じになるように調整されている。

しかしながら、実際に温度を測定する際、温度測定装置が設置される環境が安定した室温であるとは限らず、周囲温度が変化する場合がある。
周囲温度が変化すると、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒの双方が変化するが、それぞれの温度の周囲温度に対する過渡応答特性が異なるため、温度測定装置の測定温度に過渡的な誤差が含まれる。
周囲温度の変化に伴う測定温度の過渡的な誤差を解消するには、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒが一致すればよいが、物理的に温度を一致させることは難しい。

以下の特許文献１には、周囲温度の変化に伴う測定温度の過渡的な誤差を低減するために、冷接点と冷接点センサを熱的に結合して温度補償性能の改善を図る方法が開示されている。
また、以下の特許文献２には、周囲温度の変化に伴う測定温度の過渡的な誤差を低減するために、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を、周囲温度を入力とする冷接点の一次遅れモデルと、周囲温度を入力とする冷接点センサの一次遅れモデルとの誤差モデルで表し、その誤差モデルを用いて誤差を予測することで、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を補償している温度測定装置が開示されている（段落番号［００１１］、図２）。

特許第２１２５２４３号公報 特許第４１６１６２６号公報

従来から行われている温度測定装置の温度補償方式では、熱電対の冷接点近傍に設置している冷接点温度センサにより測定された冷接点センサ温度Ｔｒで冷接点温度Ｔｊの補償を行っている。しかし、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒの関係を調整することで、周囲温度が安定している状態で冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒを一致させても、周囲温度に対する冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒの過渡応答特性までは一致させることができない。このため、周囲温度が変化すると、過渡的な温度補償誤差が発生していた。
また、過渡的な温度補償精度を改善するために、特許文献１のように冷接点と冷接点センサを熱的に結合して、温度補償性能の改善を図る方法があるが、この方法では、温度補償の構造が複雑になるため、コスト的な問題があることに加えて、温度補償の過渡的な性能に改善の余地があった。

また、特許文献２に開示されている温度測定装置では、周囲温度に対する冷接点温度変化の一次遅れモデルと、同じく周囲温度に対する冷接点センサ温度変化の一次遅れモデルとの誤差モデル（冷接点の一次遅れモデルと冷接点センサの一次遅れモデルとの差を示すモデル）を用いて、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を補償する方法を採用している。
しかし、この温度測定装置では、周囲温度とは必ずしも一致しない冷接点近傍の冷接点センサ温度Ｔｒを測定し、その冷接点センサ温度Ｔｒを周囲温度として誤差モデルの計算を行っているため、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を正確に補償することができず、温度の測定精度が劣化してしまう課題があった。

この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、冷接点温度と冷接点センサ温度との過渡的な温度差により発生する誤差を解消して、温度測定精度を高めることができる温度測定装置及び温度測定方法を得ることを目的とする。

この発明に係る温度測定装置は、熱電対からの入力起電力を測定する入力起電力測定部と、冷接点の近傍に設置されている温度センサの出力信号によって冷接点センサ温度を測定する冷接点センサ温度測定部と、周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数と周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数とから得られる伝達関数である冷接点センサ温度を冷接点温度に変換する特性変換関数を用いて、冷接点センサ温度測定部により測定された冷接点センサ温度を変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度を出力する温度補償部と、温度補償部から出力された補償温度を電力に換算して、その換算結果である補償起電力を出力する起電力換算部と、起電力換算部から出力された補償起電力を入力起電力測定部により測定された入力起電力に加算して、その加算結果である測定起電力を出力する測定起電力算出部とを設け、温度換算部が、測定起電力算出部から出力された測定起電力を温度に換算して、その換算結果である測定温度を出力するようにしたものである。

この発明に係る温度測定装置は、温度補償部が、周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数が、周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数で除算されている特性変換関数を使用して、冷接点センサ温度測定部により測定された冷接点センサ温度を冷接点温度と略一致する値に変換することで、補償温度を算出するようにしたものである。

この発明に係る温度測定装置は、温度補償部が、周囲温度の変化に伴う冷接点センサ温度及び冷接点温度の変化をむだ時間と一次遅れで近似することで、周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数と、周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数とを特定するようにしたものである。

この発明に係る温度測定装置は、予め、周囲温度の変化に伴う冷接点センサ温度及び冷接点温度の過渡特性が測定されて、その過渡特性から周囲温度の変化に伴う冷接点センサ温度及び冷接点温度のむだ時間と一次遅れの時定数及びゲインが特定され、そのむだ時間と一次遅れの時定数及びゲインから算出される特性変換関数が温度補償部に設定されているようにしたものである。

この発明に係る温度測定装置は、予め、周囲温度の変化に伴う冷接点センサ温度及び冷接点温度の過渡特性が測定されて、その過渡特性から周囲温度の変化に伴う冷接点センサ温度及び冷接点温度の一次遅れの時定数と、冷接点センサ温度及び冷接点温度のむだ時間及び一次遅れのゲインとが特定され、一次遅れの時定数とむだ時間及び一次遅れのゲインから算出される特性変換関数が温度補償部に設定されているようにしたものである。

この発明に係る温度測定方法は、入力起電力測定部が、熱電対からの入力起電力を測定する入力起電力測定処理ステップと、冷接点センサ温度測定部が、冷接点の近傍に設置されている温度センサの出力信号によって冷接点センサ温度を測定する冷接点センサ温度測定処理ステップと、温度補償部が、周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数と周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数とから得られる伝達関数である冷接点センサ温度を冷接点温度に変換する特性変換関数を用いて、冷接点センサ温度測定処理ステップで測定された冷接点センサ温度を変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度を出力する温度補償処理ステップと、起電力換算部が、温度補償処理ステップで出力された補償温度を電力に換算して、その換算結果である補償起電力を出力する電力換算処理ステップと、測定起電力算出部が、電力換算処理ステップで出力された補償起電力を入力起電力測定処理ステップで測定された入力起電力に加算して、その加算結果である測定起電力を出力する測定起電力算出処理ステップと、温度換算部が、測定起電力算出処理ステップで出力された測定起電力を温度に換算して、その換算結果である測定温度を出力する温度換算処理ステップとを備えるようにしたものである。

この発明によれば、周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数と周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数とから得られる伝達関数である冷接点センサ温度を冷接点温度に変換する特性変換関数を用いて、冷接点センサ温度から冷接点温度に近い補償温度を算出するため、周囲温度の変化に対する冷接点温度と冷接点センサ温度の過渡的な誤差が補償される。その結果として、周囲温度の変化による過渡的な測定精度を高めることができる効果が得られる。

この発明の実施の形態による温度測定装置と温度測定対象の接続関係を示す構成図である。 この発明の実施の形態による温度測定装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態による温度測定装置の処理内容（温度測定方法）を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態による温度測定装置の温度測定で使用される各変数と周囲温度Ｔｅの関係を示す伝達関数の説明図である。 この発明の実施の形態による温度測定装置の温度補償部に組み込む特性変換関数を特定するために、温度測定装置の周囲温度Ｔｅと温度測定装置の冷接点センサ温度及び冷接点温度の関係を測定する方法を示す説明図である。 従来の温度補償方法の周囲温度変化に対する過渡的な温度補償の誤差を示す説明図である。また、温度測定装置の周囲温度Ｔｅ、熱電対からの入力温度Ｔｃ及び冷接点センサ温度Ｔｒの変化と測定温度Ｔｙの関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態により、周囲温度の変化に対する過渡的な温度補償の誤差を解消するプロセスを示す説明図である。また、温度測定装置の周囲温度Ｔｅ、熱電対からの入力温度Ｔｃ、冷接点センサ温度Ｔｒの変化及び補正した温度補償温度Ｔｆの変化と測定温度Ｔｙの関係を示す説明図である。 周囲温度Ｔｅと冷接点温度及び冷接点温度センサ温度の関係を、むだ時間Ｌ、時定数τ、及びゲインＫで近似する方法を示す説明図である。 従来の温度測定装置による温度補償を示す説明図である。

図１はこの発明の実施の形態による温度測定装置と温度測定対象の接続関係を示す構成図である。
図１において、温度測定対象１は温度測定装置２により温度が測定される対象物であり、温度測定対象１には熱電対３の測温接点が接続され、熱電対３の冷接点４が温度測定装置２に接続されている。
冷接点センサ５は冷接点４の近傍に設置されている温度センサであり、冷接点４の近傍の温度を測定する。

図２はこの発明の実施の形態による温度測定装置を示す構成図である。
図２において、入力起電力測定部１１は測定対象の温度と冷接点温度Ｔｊによって決まる熱電対３の冷接点４における電圧を検出し、その電圧から熱電対３からの入力起電力Ｅｔｃを測定する処理を実施する。
冷接点センサ温度測定部１２は冷接点センサ５により検出された信号から、冷接点４の近傍の冷接点センサ温度Ｔｒを測定する処理を実施する。

温度補償部１３は予め温度測定を開始する前のオフライン時に、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）で、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）を除算することで、冷接点センサ温度Ｔｒを補償温度Ｔｆ（≒冷接点温度Ｔｊ）に変換する温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）が求められ（Ｇ（ｓ）＝Ｊ（ｓ）／Ｒ（ｓ））、その温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）が組み込まれている。
温度補償部１３は温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を用いて、冷接点センサ温度測定部１２により測定された冷接点センサ温度Ｔｒを変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度Ｔｆ（≒冷接点温度Ｔｊ）を出力する処理を実施する。
起電力換算部１４は例えば熱電対の起電力表を参照して、温度補償部１３から出力された補償温度Ｔｆを起電力に換算し、その換算結果である補償起電力Ｅｔｆを出力する処理を実施する。

測定起電力算出部１５は起電力換算部１４から出力された補償起電力Ｅｔｆを入力起電力測定部１１により測定された入力起電力Ｅｔｃに加算して、その加算結果である測定起電力Ｅｔｙ（＝Ｅｔｃ＋Ｅｔｆ）を出力する処理を実施する。
この実施の形態では、測定起電力算出部１５が補償起電力Ｅｔｆを入力起電力Ｅｔｃに加算することで、入力起電力Ｅｔｃを補償するものを想定しているが、加算する入力起電力Ｅｔｃの値は必ずしも正の値ではなく、状況によっては（例えば、周囲環境温度が低下する場合）、加算する入力起電力Ｅｔｃの値が負の値となることもあり得る。
温度換算部１６は測定起電力算出部１６から出力された測定起電力Ｅｔｙを温度に換算して、その換算結果である測定温度Ｔｙを出力する処理を実施する。

図１の例では、温度測定装置２の構成要素である入力起電力測定部１１、冷接点センサ温度測定部１２、温度補償部１３、起電力換算部１４、測定起電力算出部１５及び温度換算部１６のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、温度測定装置２がコンピュータで構成されていてもよい。
温度測定装置２がコンピュータで構成されている場合、入力起電力測定部１１、冷接点センサ温度測定部１２、温度補償部１３、起電力換算部１４、測定起電力算出部１５及び温度換算部１６の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図３はこの発明の実施の形態による温度測定装置の処理内容（温度測定方法）を示すフローチャートである。
また、図４はこの発明の実施の形態による温度測定装置の処理を伝達関数で示す説明図である。ただし、本発明の動作原理を平易に示すために、測定起電力Ｅｔｙを測定温度Ｔｙに換算する部分と、補償温度Ｔｆを補償起電力Ｅｔｆに換算する部分は省略し、温度信号の関係だけを示す簡略化したブロック図としている。

次に動作について説明する。
温度測定対象１には熱電対３の測温接点が接続されており、熱電対３の冷接点４が温度測定装置２に接続されている。
熱電対３の冷接点４には、ゼーベック効果によって、温度測定対象１の温度に対応する起電力から、冷接点４の温度に対応する起電力が減算された起電力Ｅｔｃが発生する。

入力起電力測定部１１は、熱電対３が接続されている冷接点４の入力起電力Ｅｔｃを測定する（図３のステップＳＴ１）。

冷接点センサ５は、冷接点４の近傍に設置されており、周囲温度Ｔｅが安定している状態では、冷接点温度Ｔｊに近い冷接点センサ温度Ｔｒに相当する信号を出力する。ただし、周囲温度Ｔｅが変化している過渡状態では、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒの差は大きくなる。
冷接点センサ温度測定部１２は、冷接点センサ５から出力された信号を入力し、その信号から冷接点センサ温度Ｔｒを測定する（ステップＳＴ２）。

温度補償部１３は、冷接点センサ温度測定部１２が冷接点センサ温度Ｔｒを測定すると、温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を用いて、その冷接点センサ温度Ｔｒを変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度Ｔｆ（≒冷接点温度Ｔｊ）を出力する（ステップＳＴ３）。
ここで、温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）は、温度測定を開始する前のオフライン時に算出される。
以下、温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）の求め方を具体的に説明する。

周囲温度Ｔｅと冷接点温度Ｔｊの関係を示す伝達関数をＪ（ｓ）、周囲温度Ｔｅと冷接点センサ温度Ｔｒの関係を示す伝達関数をＲ（ｓ）、温度補償用の特性変換関数をＧ（ｓ）、測定対象の温度をＴｘ、測定温度をＴｙとして、周囲温度Ｔｅ、冷接点温度Ｔｊ、冷接点センサ温度Ｔｒ、補償温度Ｔｆ及び測定温度Ｔｙの関係をブロック線図で表すと、図４のようになる。
ただし、測定起電力Ｅｔｙを測定温度Ｔｙに変換する部分と、補償温度Ｔｆを補償起電力Ｅｔｆに変換する部分は省略し、温度信号だけに簡略化したブロック図としている。

図４のブロック図の各変数及び伝達関数の関係は以下の通りである。
まず、測定対象温度Ｔｘ、入力温度Ｔｃ、冷接点温度Ｔｊの関係は、下記の式（１）のようになる。
Ｔｃ＝Ｔｘ−Ｔｊ （１）
次に、周囲温度Ｔｅ、冷接点温度Ｔｊ及び伝達関数Ｊ（ｓ）の関係は、下記の式（２）のようになる。
Ｔｊ＝Ｔｅ×Ｊ（ｓ） （２）
同様に、周囲温度Ｔｅ、冷接点センサ温度Ｔｒ及び伝達関数Ｒ（ｓ）の関係は、下記の式（３）のようになる。
Ｔｒ＝Ｔｅ×Ｒ（ｓ） （３）

ここで、冷接点の補償温度Ｔｆを、冷接点温度センサ温度Ｔｒと温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を使って、下記の式（４）のように定義する。
Ｔｆ＝Ｔｒ×Ｇ（ｓ） （４）
また、測定温度Ｔｙ、入力温度Ｔｃ及び補償温度Ｔｆの関係は、下記の式（５）のようになる。
Ｔｙ＝Ｔｃ＋Ｔｆ （５）
式（１）〜（５）を整理して、周囲温度Ｔｅと冷接点温度Ｔｊの関係を示す伝達関数Ｊ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅと冷接点センサ温度Ｔｒの関係を示す伝達関数Ｒ（ｓ）によって、測定対象温度Ｔｘと測定温度Ｔｙの関係を表すと、下記の式（６）のようになる。
Ｔｙ＝Ｔｘ−Ｔｅ・Ｊ（ｓ）＋Ｔｅ・Ｒ（ｓ）・Ｇ（ｓ） （６）

本発明の目的である測定対象温度Ｔｘと測定温度Ｔｙが等しいことを示すＴｙ＝Ｔｘを式（６）に代入して整理すると、下記の式（７）の関係が導き出される。
Ｇ（ｓ）＝Ｊ（ｓ）／Ｒ（ｓ） （７）
以上により、温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を式（７）で示す伝達関数にすることにより、測定対象温度Ｔｘと測定温度Ｔｙを等しくすることができる。
即ち、予め、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）とを特定して、その伝達関数Ｊ（ｓ），Ｒ（ｓ）から温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を算出し、その特性変換関数Ｇ（ｓ）を温度測定装置２の温度補償部１３に組み込み、その温度補償部１３が式（４）で示す計算処理を実施することで、過渡状態でも誤差が小さい補償温度Ｔｆを得ることができる。

次に、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）をむだ時間＋一次遅れの近似によって特定する方法を説明する。
周囲温度Ｔｅの変化に伴う冷接点温度Ｔｊ及び冷接点センサ温度Ｔｒの変化は高次遅れであるが、制御理論で一般的に行われているように、高次遅れをむだ時間＋一次遅れで近似することにする。

図７は、この冷接点温度補償方法を行ったときの周囲温度Ｔｅ、測定対象温度Ｔｘ、冷接点温度Ｔｊ、入力温度Ｔｃ、冷接点温度センサ温度Ｔｒ、補償温度Ｔｆ、測定温度Ｔｙの各温度の時間的変化と相互の関係を示す説明図である。
図８は冷接点温度Ｔｊをむだ時間＋一次遅れで近似する方法の一例を示している。
むだ時間＋一次遅れの近似では、むだ時間Ｌと、一次遅れの時定数τと、一次遅れのゲインＫを用いて、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）を以下のように近似することができる。

以下、周囲温度Ｔｅの変化に伴う冷接点温度Ｔｊ及び冷接点センサ温度Ｔｒの変化をむだ時間と一次遅れで近似した場合の、むだ時間Ｌ、一次遅れの時定数τ及びゲインＫを求める方法の一例について説明する。
温度測定装置２が、図５のように恒温槽内に設置されている状態で、図７（ａ）に示すように、温度測定装置２の周囲温度Ｔｅをステップ的に変化させる。
この場合、冷接点温度Ｔｊや、熱電対３からの入力温度Ｔｃや、冷接点センサ温度Ｔｒは、図７（ｃ）（ｄ）（ｅ）のように変化するので、パソコン等を用いて、その際の熱電対３からの入力温度Ｔｃや冷接点センサ温度Ｔｒを記録する。
熱電対３からの入力温度Ｔｃや冷接点センサ温度Ｔｒの記録結果から以下に示す方法で、むだ時間Ｌ、一次遅れの時定数τ、ゲインＫの各定数を求めることができる。

即ち、図８において、冷接点温度Ｔｊ（または、冷接点センサ温度Ｔｒ）の変曲点における接線をＴＬとすると、冷接点温度Ｔｊ（または、冷接点センサ温度Ｔｒ）が変化する前の温度をＴ_ｊ１、接線ＴＬと温度Ｔ_ｊ１が交差する点の時刻をｔ１、周囲温度Ｔｅの変化開始点の時刻をｔ０とすると、むだ時間Ｌは、時刻ｔ１と時刻ｔ０の差分で表すことができる。
Ｌ＝ｔ１−ｔ０
また、冷接点温度Ｔｊ（または、冷接点センサ温度Ｔｒ）の変化が安定したきの温度Ｔ_ｊ２と接線ＴＬの交点の時刻をｔ２とすると、冷接点温度Ｔｊ（または、冷接点センサ温度Ｔｒ）の時定数τは、時刻ｔ２と時刻ｔ１の差分で表すことができる。
τ＝ｔ２−ｔ１

さらに、冷接点温度Ｔｊ（または、冷接点センサ温度Ｔｒ）のゲインＫ_ｊ，Ｋ_Ｒは以下の式で示される値である。

温度測定装置２の冷接点温度Ｔｊは、通常の温度測定状態では測定することができない温度であるが、熱電対３の測定端が０度である場合には測定することが可能であるため、熱電対３の測定端が０度である条件下で、周囲温度Ｔｅの変化に伴う冷接点温度Ｔｊの変化を記録することにより、周囲温度Ｔｅの変化に伴う冷接点温度Ｔｊの変化を測定することができ、近似した時のむだ時間Ｌと一次遅れの時定数τとゲインＫとを特定することが可能である。

なお、むだ時間＋一次遅れで近似した式（８）と式（９）を式（６）に代入して整理すると、温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）は、下記の式（１２）のように表される。

式（１２）を構成する演算要素は、値を時間的に遅らせる項と、係数を掛ける項と、一次遅れ演算の項と、微分演算の項とから構成されていて、マイクロコンピュータで容易に計算できる演算である。以上に示すように、むだ時間＋一次遅れで近似することにより温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）はマイクロコンピュータで演算可能な形式にすることができる。

起電力換算部１４は、国際規格などで規格化されている温度と熱電対の起電力（電圧）の関係を示すデータに基づいて作成された熱電対３の起電力表を参照して、温度補償部１３から出力された補償温度Ｔｆを電力に換算し、その換算結果である補償起電力Ｅｔｆを出力する（ステップＳＴ４）。

測定起電力算出部１５は、起電力換算部１４から補償起電力Ｅｔｆを受けると、その補償起電力Ｅｔｆを入力起電力測定部１１により測定された入力起電力Ｅｔｃに加算して、その加算結果である測定起電力Ｅｔｙ（＝Ｅｔｃ＋Ｅｔｆ）を出力する（ステップＳＴ５）。

温度換算部１６は、測定起電力算出部１６から測定起電力Ｅｔｙを受けると、国際規格などで規格化されている温度と熱電対の起電力（電圧）の関係を示すデータに基づいて作成された熱電対３の起電力表を参照して、その測定起電力Ｅｔｙを温度に換算して、その換算結果である測定温度Ｔｙを出力する（ステップＳＴ６）。

上記の温度補償処理により、図７から明らかなように、周囲温度Ｔｅの変化により発生する過渡的な温度補償誤差が高精度にキャンセルされている。
因みに、従来の温度補償処理では、周囲温度Ｔｅの変化により発生する過渡的な温度補償誤差が残っている。

以上で明らかなように、この実施の形態によれば、熱電対３からの入力起電力Ｅｔｃを測定する入力起電力測定部１１と、冷接点４の近傍に設置されている冷接点センサ５の出力信号によって冷接点センサ温度Ｔｒを測定する冷接点センサ温度測定部１２と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）と周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）とから得られる温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を用いて、冷接点センサ温度測定部１２により測定された冷接点センサ温度Ｔｒを変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度Ｔｆを出力する温度補償部１３と、温度補償部１３から出力された補償温度Ｔｆを電力に換算して、その換算結果である補償起電力Ｅｔｆを出力する起電力換算部１４と、起電力換算部１４から出力された補償起電力Ｅｔｆを入力起電力測定部１１により測定された入力起電力Ｅｔｃに加算して、その加算結果である測定起電力Ｅｔｙを出力する測定起電力算出部１５とを設け、温度換算部１６が、測定起電力算出部１５から出力された測定起電力Ｅｔｙを温度に換算して、その換算結果である測定温度Ｔｙを出力するように構成したので、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ５による冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を解消して、温度の測定精度を高めることができる効果を奏する。
即ち、この実施の形態では、温度信号補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を用いて、周囲温度Ｔｅが変化している状態でも、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を高精度に補償することが可能な補償温度Ｔｆを冷接点センサ温度Ｔｒから算出できるように、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの応答を表す伝達関数Ｊ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの応答を表す伝達関数Ｒ（ｓ）から計算されているため、特許文献２に開示されている温度測定装置と異なり、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの誤差を正確に補償することができる。

また、この実施の形態によれば、温度補償部１３が、周囲温度Ｔｅの変化に伴う冷接点センサ温度Ｔｒ及び冷接点温度Ｔｊの変化をむだ時間Ｌと一次遅れで近似することで、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）とを特定するように構成したので、周囲温度Ｔｅの変化による過渡的な誤差が少ない温度補償を行うことができる効果を奏する。

この実施の形態では、式（１２）のように表される温度信号補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を用いて、冷接点センサ温度Ｔｒの補償温度Ｔｆを算出するものを示したが、下記の式（１３）〜（１５）に示すように、むだ時間ＬやゲインＫなどを省略している温度補償用の特性変換関数Ｇ（ｓ）を用いて、冷接点センサ温度Ｔｒの補償温度Ｔｆを算出するようにしてもよい。

また、この実施の形態では、周囲温度Ｔｅの変化に伴う冷接点センサ温度Ｔｒ及び冷接点温度Ｔｊの変化をむだ時間Ｌと一次遅れで近似することで、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）とを特定するものを示したが、近似は一次遅れに限るものではなく、例えば、二次遅れや三次遅れなどの高次遅れで近似するようにしてもよい。

また、この実施の形態では、温度測定装置２の周囲温度Ｔｅがステップ状又はランプ状に変化する場合を想定して、周囲温度Ｔｅに対する冷接点センサ温度Ｔｒの伝達関数Ｒ（ｓ）と、周囲温度Ｔｅに対する冷接点温度Ｔｊの伝達関数Ｊ（ｓ）とを特定するものを示したが、周囲温度Ｔｅがステップ状又はランプ状に変化する場合に限るものではなく、例えば、周囲温度Ｔｅと冷接点温度Ｔｊ及び冷接点センサ温度Ｔｒの関係を周波数応答で特定してもよい。

１ 温度測定対象、２ 温度測定装置、３ 熱電対、４ 冷接点、５ 冷接点センサ（温度センサ）、１１ 入力起電力測定部、１２ 冷接点センサ温度測定部、１３ 温度補償部、１４ 起電力換算部、１５ 測定起電力算出部、１６ 温度換算部。

Claims (6)

1. 熱電対からの入力起電力を測定する入力起電力測定部と、
   冷接点の近傍に設置されている温度センサの出力信号によって冷接点センサ温度を測定する冷接点センサ温度測定部と、
   周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数と前記周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数とから得られる伝達関数である冷接点センサ温度を冷接点温度に変換する特性変換関数を用いて、前記冷接点センサ温度測定部により測定された冷接点センサ温度を変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度を出力する温度補償部と、
   前記温度補償部から出力された補償温度を電力に換算して、その換算結果である補償起電力を出力する起電力換算部と、
   前記起電力換算部から出力された補償起電力を前記入力起電力測定部により測定された入力起電力に加算して、その加算結果である測定起電力を出力する測定起電力算出部と、
   前記測定起電力算出部から出力された測定起電力を温度に換算して、その換算結果である測定温度を出力する温度換算部と
   を備えた温度測定装置。
2. 前記温度補償部は、前記周囲温度に対する前記冷接点温度の伝達関数が、前記周囲温度に対する前記冷接点センサ温度の伝達関数で除算されている特性変換関数を使用して、前記冷接点センサ温度測定部により測定された冷接点センサ温度を前記冷接点温度と略一致する値に変換することで、前記補償温度を算出することを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記温度補償部は、前記周囲温度の変化に伴う前記冷接点センサ温度及び前記冷接点温度の変化をむだ時間と一次遅れで近似することで、前記周囲温度に対する前記冷接点センサ温度の伝達関数と、前記周囲温度に対する前記冷接点温度の伝達関数とを特定することを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。
4. 予め、前記周囲温度の変化に伴う前記冷接点センサ温度及び前記冷接点温度の過渡特性が測定されて、前記過渡特性から前記周囲温度の変化に伴う前記冷接点センサ温度及び前記冷接点温度のむだ時間と一次遅れの時定数及びゲインが特定され、前記むだ時間と前記一次遅れの時定数及びゲインから算出される特性変換関数が前記温度補償部に設定されていることを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。
5. 予め、前記周囲温度の変化に伴う前記冷接点センサ温度及び前記冷接点温度の過渡特性が測定されて、前記過渡特性から前記周囲温度の変化に伴う前記冷接点センサ温度及び前記冷接点温度の一次遅れの時定数と、前記冷接点センサ温度及び前記冷接点温度のむだ時間及び前記一次遅れのゲインとが特定され、前記一次遅れの時定数と前記むだ時間及び前記一次遅れのゲインから算出される特性変換関数が前記温度補償部に設定されていることを特徴とする請求項２記載の温度測定装置。
6. 入力起電力測定部が、熱電対からの入力起電力を測定する入力起電力測定処理ステップと、
   冷接点センサ温度測定部が、冷接点の近傍に設置されている温度センサの出力信号によって冷接点センサ温度を測定する冷接点センサ温度測定処理ステップと、
   温度補償部が、周囲温度に対する冷接点温度の伝達関数と前記周囲温度に対する冷接点センサ温度の伝達関数とから得られる伝達関数である冷接点センサ温度を冷接点温度に変換する特性変換関数を用いて、前記冷接点センサ温度測定処理ステップで測定された冷接点センサ温度を変換し、変換後の冷接点センサ温度である補償温度を出力する温度補償処理ステップと、
   起電力換算部が、前記温度補償処理ステップで出力された補償温度を電力に換算して、その換算結果である補償起電力を出力する電力換算処理ステップと、
   測定起電力算出部が、前記電力換算処理ステップで出力された補償起電力を前記入力起電力測定処理ステップで測定された入力起電力に加算して、その加算結果である測定起電力を出力する測定起電力算出処理ステップと、
   温度換算部が、前記測定起電力算出処理ステップで出力された測定起電力を温度に換算して、その換算結果である測定温度を出力する温度換算処理ステップと
   を備えた温度測定方法。

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