JP6428168B2 - 温度変換テーブル作成装置、温度変換テーブル作成方法、及び、温度測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、温度変換テーブル作成装置、温度変換テーブル作成方法、及び、温度変換テーブルを用いた温度測定装置に関する。

従来から、温度に応じて抵抗値の変化する温度センサを用いて温度を測定する温度測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１には、温度に応じて抵抗値の変化する温度センサに一定電流を供給して抵抗値を電圧値に変換し、該電圧値をデジタル値に変換して、そのデジタル値から測定温度値を算出する温度測定装置であって、温度の測定レンジを可変することにより、温度測定の精度向上を図った温度測定装置が開示されている。

より具体的には、この温度測定装置は、温度に応じて抵抗値の変化する温度センサと、該温度センサに一定電流を供給して抵抗値を電圧値に変換する抵抗−電圧変換部と、測定温度スパンの下限温度のときに温度センサにかかる電圧値を基準としてゼロ点調整を行うゼロ点調整部と、測定温度スパンをＡ／Ｄ変換部の変換範囲の幅に合うように調整するスパン調整部と、電圧値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換部と、デジタル値を測定温度値に変換する演算処理部とを備えており、最大測定温度スパン内に計測温度が入るように測定温度スパンを設定し、該測定温度スパンに基づき再度温度計測を行うように構成されている。

特開平０８−１２２１６６号公報

特許文献１に記載の温度測定装置によれば、まず最大測定温度スパンにて、ゼロ点調整、スパン調整を行った後に温度の測定を行う。そして、測定温度が測定温度スパン内に入るように該測定温度スパンを再び設定し、再度ゼロ点調整およびスパン調整を行い、その設定されたスパンにて温度の測定を行う。そのため、最大測定温度スパンと比べて狭い測定温度スパンとＡ／Ｄ変換部の変換範囲とを対応させることができる。よって、測定対象である温度の変化が大きく、どのような値をとるか不定の場合においても、精度良く温度を測定することができる。

ところで、一般的に、抵抗値を電圧値に変換する際には、基準電圧の変動やばらつきにより、変換された電圧値に誤差が生じることがある。また、電圧値をデジタル値に変換（量子化）する際には、Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差が生じることがある。さらに、デジタル値を測定温度値に変換する際には、一般的に近似式が用いられるが、その演算に伴う誤差も生じ得る。しかしながら、上述した特許文献１に記載の温度測定装置では、いずれの誤差についても考慮されていない。また、上述したように、温度を算出するために近似式を用いる場合には、演算処理の負荷が増大するという問題点もあった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、より高精度な温度測定を可能としつつ、温度算出時の演算処理の負荷を低減することが可能な温度変換テーブル作成装置、温度変換テーブル作成方法、及び、温度変換テーブルを用いた温度測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置は、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子の抵抗値、該温度検出素子に直列接続される基準抵抗の抵抗値、及び、温度検出素子、基準抵抗に印加される基準電圧値を含むデータの入力を受け付ける入力手段と、入力手段により受け付けられた、温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、所定の温度毎に、基準抵抗と温度検出素子との接続点からＡ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出する入力電圧算出手段と、所定の温度毎に、Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差を補正して、入力電圧算出手段により算出された入力電圧値に対応する量子化値を算出する量子化値算出手段と、量子化値算出手段により算出された量子化値と、所定の温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成するテーブル生成手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る温度変換テーブル作成方法は、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子の抵抗値、該温度検出素子に直列接続される基準抵抗の抵抗値、及び、温度検出素子、基準抵抗に印加される基準電圧値を含むデータの入力を受け付ける入力ステップと、入力ステップにおいて受け付けられた、温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、所定の温度毎に、基準抵抗と温度検出素子との接続点からＡ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出する入力電圧算出ステップと、所定の温度毎に、Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差を補正して、入力電圧算出ステップにおいて算出された入力電圧値に対応する量子化値を算出する量子化値算出ステップと、量子化値算出ステップにおいて算出された量子化値と、所定の温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成するテーブル生成ステップとを備えることを特徴とする。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置又は温度変換テーブル作成方法によれば、温度変換テーブル（ルックアップテーブル）を作成する際に、Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差が補正されるため、Ａ／Ｄ変換器の有する変換誤差が解消される。また、この温度変換テーブルを用いれば、温度検出素子の抵抗値に応じた電圧値を量子化（Ａ／Ｄ変換）し、その量子化値で当該温度変換テーブルを検索することにより温度を求めることができる。そのため、近似式を用いた演算が不要となり、処理負荷が低減されるとともに、近似式を用いた演算に伴う誤差が解消される。その結果、より高精度な温度測定を可能としつつ、温度算出時の処理負荷を低減することが可能となる。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置は、基準電圧値を測定する測定手段をさらに備え、入力電圧算出手段が、測定手段により測定された実基準電圧値を用いて、Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出することが好ましい。

また、本発明に係る温度変換テーブル作成方法は、基準電圧値を測定する測定ステップをさらに備え、入力電圧算出ステップでは、測定ステップにおいて測定された実基準電圧値を用いて、Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出することが好ましい。

この場合、実際に測定された実基準電圧値を用いて、Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値が算出される。そのため、基準電圧値の変動やばらつきに起因して、抵抗値を電圧値に変換する際に生じ得る誤差（基準電圧誤差）を解消することができる。よって、より高精度な温度検出が可能となる。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置は、所定の温度刻み毎に、温度検出素子のＢ定数を算出するＢ定数算出手段と、Ｂ定数算出手段により算出されたＢ定数を用いて、所定の温度よりも細分化された温度毎に、温度検出素子の抵抗値を算出する抵抗値算出手段とをさらに備え、入力電圧算出手段が、細分化された温度毎に、抵抗値算出手段により算出された温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出し、量子化値算出手段が、細分化された温度毎に、入力電圧値に対応する量子化値を算出し、テーブル生成手段が、量子化値と、細分化された温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成することが好ましい。

また、本発明に係る温度変換テーブル作成方法は、所定の温度刻み毎に、温度検出素子のＢ定数を算出するＢ定数算出ステップと、Ｂ定数算出ステップにおいて算出されたＢ定数を用いて、所定の温度よりも細分化された温度毎に、温度検出素子の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップとをさらに備え、入力電圧算出ステップでは、細分化された温度毎に、抵抗値算出ステップにおいて算出された温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出し、量子化値算出ステップでは、細分化された温度毎に、入力電圧値に対応する量子化値を算出し、テーブル生成ステップでは、量子化値と、細分化された温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成することが好ましい。

この場合、量子化値と、より細分化された温度とが対応付けられた温度変換テーブルが生成される。そのため、温度の刻み（温度ステップ）がより細分化され、測定精度をより向上させることが可能となる。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置は、細分化された複数の温度に対して同一の量子化値が算出された場合に、該同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する温度設定手段を備え、温度設定手段が、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、複数の温度の平均値を採用することが好ましい。

また、本発明に係る温度変換テーブル作成方法は、細分化された複数の温度に対して同一の量子化値が算出された場合に、該同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する温度設定ステップを備え、温度設定ステップでは、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、複数の温度の平均値を採用することが好ましい。

この場合、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、複数の温度の平均値が採用される。そのため、１量子化当たりの温度の確度（確からしさ）を向上させることができ、測定精度をより向上させることが可能となる。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置では、温度設定手段が、Ａ／Ｄ変換器のビット数と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定することが好ましい。

また、本発明に係る温度変換テーブル作成方法では、温度設定ステップにおいて、Ａ／Ｄ変換器のビット数と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定することが好ましい。

このようにすれば、Ａ／Ｄ変換器のビット数と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致する。そのため、Ａ／Ｄ変換した値（量子化値）から直接的に温度を求めることができ、補間計算等も不要なため、処理負荷をより低減することが可能となる。

本発明に係る温度変換テーブル作成装置は、温度変換テーブルの温度データを整数化する整数化手段をさらに備えることが好ましい。

また、本発明に係る温度変換テーブル作成方法は、温度変換テーブルの温度データを整数化する整数化ステップをさらに備えることが好ましい。

このようにすれば、温度データを処理する際に、小数点を扱わなくてよいため、演算処理が容易になり、演算負荷をより低減することができる。

本発明に係る温度測定装置は、温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子と、温度検出素子の抵抗値に応じた電圧値を生成する生成手段と、生成手段により生成された電圧値を量子化して当該電圧値の量子化値を取得するＡ／Ｄ変換器と、上記いずれかに記載の温度変換テーブル作成装置により作成された温度変換テーブルを予め記憶する記憶手段と、Ａ／Ｄ変換器により取得された量子化値を用いて温度変換テーブルを検索し、温度を求める温度取得手段とを備えることを特徴とする。

本発明に係る温度測定装置によれば、上記いずれかの温度変換テーブル作成装置により作成された温度変換テーブル（ルックアップテーブル）が予め記憶されており、当該温度変換テーブルが、温度検出素子の抵抗値に応じた電圧値の量子化値を用いて検索され、温度が求められる。そのため、より高精度な温度測定を可能としつつ、温度算出時の処理負荷を低減することが可能となる。

本発明によれば、より高精度な温度測定を可能としつつ、温度算出時の演算処理の負荷を低減することが可能となる。

実施形態に係る温度変換テーブル作成装置の構成を示すブロック図である。 サーミスタを用いた温度検出回路を示す図である。 温度変換テーブルの作成方法を説明するための図である。 温度変換テーブルの作成方法を説明するための図である。 温度変換テーブルの作成方法を説明するための図である。 温度変換テーブルの作成方法を説明するための図である。 実施形態に係る温度変換テーブル作成装置による温度変換テーブル作成処理の処理手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る温度測定装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る温度測定装置の評価装置の構成を示すブロック図である。 実施形態に係る温度測定装置の評価結果（温度測定結果）の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１及び図２を用いて、実施形態に係る温度変換テーブル作成装置１の構成について説明する。図１は、温度変換テーブル作成装置１の構成を示すブロック図である。なお、図２は、温度検出素子（本実施形態ではサーミスタ）３０を用いた温度検出回路を示す図である。

温度変換テーブル作成装置１は、図２に示される、サーミスタ３０を利用した温度検出回路３０１を用いて、温度を検出する際に用いられる温度変換テーブル、すなわち、サーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた電圧値Ｖｉｎの量子化値と温度との関係を定めた温度変換テーブル（ルックアップテーブル）を作成するものである。

ここで、図２に示されるサーミスタ３０を利用した温度検出回路３０１について説明する。サーミスタ３０は、温度に応じて電気抵抗（抵抗値）が変化する素子（抵抗体）である。サーミスタ３０は、特許請求の範囲に記載の温度検出素子に相当する。

サーミスタ３０は、基準抵抗器３１と直列に接続されている。より詳細には、基準抵抗器３１の一端は、基準電源（基準電圧）Ｖｒｅｆに接続されており、他端が、サーミスタ３０の一端と接続されている。また、サーミスタ３０の他端はグランドに接続されている。よって、基準抵抗器３１とサーミスタ３０との接続点（ノード）には、基準抵抗器３１の抵抗値Ｒ１とサーミスタ３０の抵抗値Ｒとの比率に応じた電圧値Ｖｉｎ、すなわち、サーミスタ３０の抵抗値Ｒの変化に応じた電圧値Ｖｉｎが現れる。なお、上記接続点はＡ／Ｄ変換器３２に接続され、該Ａ／Ｄ変換器３２に電圧値Ｖｉｎが入力される。

図１に戻り、温度変換テーブル作成装置１の説明を続ける。温度変換テーブル作成装置１は、入力部１０、情報処理ユニット１１、及び、表示部１２を備えている。また、入力部１０は、基準電圧測定部１０１を有し、情報処理ユニット１１は、入力電圧算出部１１１、量子化値算出部１１２、Ｂ定数算出部１１３、抵抗値算出部１１４、温度設定部１１５、整数化部１１６、及びテーブル生成部１１７を有している。以下、各構成について詳細に説明する。

入力部１０は、例えば、キーボードやタッチパネル、各種ディスクドライブ、有線又は無線の通信Ｉ／Ｆなどから構成され、外部から入力されるサーミスタ３０の基本特性データ（例えば、温度−抵抗値特性やＢ定数など）、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１（Ω）、及び基準電圧値Ｖｒｅｆ（Ｖ）などのデータ入力を受け付ける。すなわち、入力部１０は、特許請求の範囲に記載の入力手段として機能する。なお、サーミスタ３０の基本特性データは、例えば、サーミスタ３０の製造メーカが開示しているものを利用することができる。

ここで、入力部１０は、基準電圧測定部１０１を有している。基準電圧測定部１０１は、上述した基準電圧値Ｖｒｅｆを実際に測定して、その測定値（実測値）を自動的に読み込むことができる構成とされている。よって、例えば、温度変換テーブルを組み込んだ温度測定装置（詳細は後述する）を製造ラインで製造する際などに、各温度測定装置に電源を接続して基準電圧値Ｖｒｅｆを測定し、温度変換テーブルの作成に利用することもできる。基準電圧測定部１０１は、特許請求の範囲に記載の測定手段として機能する。

情報処理ユニット１１は、入力部１０により受け付けられたサーミスタ３０の基本特性データ（温度−抵抗値特性やＢ定数など）、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、及び基準電圧値Ｖｒｅｆなどのデータを用いて、サーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた電圧値Ｖｉｎの量子化値と温度との関係を定めた温度変換テーブルを作成するものである。

情報処理ユニット１１は、受け付けられた入力データに対して演算処理を行うＣＰＵ、プログラムやデータ等を記憶するＲＯＭ、演算結果などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ、記憶内容が保持されるバックアップＲＡＭ、ＣＰＵに各処理を実行させるためのアプリケーションプログラム等を記憶するハードディスク等の記憶装置などを有して構成されている。なお、情報処理ユニット１１は、専用機として専用に設計してもよいし、汎用のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等を利用して構成してもよい。情報処理ユニット１１では、ハードディスク等に記憶されているプログラムが、ＣＰＵによって実行されることにより、入力電圧算出部１１１、量子化値算出部１１２、Ｂ定数算出部１１３、抵抗値算出部１１４、温度設定部１１５、整数化部１１６、及びテーブル生成部１１７の機能が実現される。

入力電圧算出部１１１は、まず、入力部１０により受け付けられた、サーミスタ３０の温度−抵抗値特性データ（抵抗値Ｒ）、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、及び基準電圧値Ｖｒｅｆに基づいて、所定の温度毎（例えば１℃毎）に、基準抵抗３１とサーミスタ３０との接続点からＡ／Ｄ変換器３２に入力される入力電圧値Ｖｉｎを算出する。すなわち、入力電圧算出部１１１は、特許請求の範囲に記載の入力電圧算出手段として機能する。

より具体的には、入力電圧算出部１１１は、次式（１）に基づいて、入力電圧値Ｖｉｎを算出する。
Ｖｉｎ＝｛Ｒ／（Ｒ１＋Ｒ）｝×Ｖｒｅｆ ・・・（１）

量子化値算出部１１２は、Ａ／Ｄ変換器３２が有する変換誤差（ゲインエラーとオフセット）を補正（考慮）して、入力電圧算出部１１１により算出された入力電圧値Ｖｉｎに対応する量子化値を算出する。すなわち、量子化値算出部１１２は、特許請求の範囲に記載の量子化値算出手段として機能する。

より具体的には、量子化値算出部１１２は、次式（２）に基づいて、入力電圧値Ｖｉｎの量子化値を算出する。なお、次式（２）では、量子化ｂｉｔを１０ｂｉｔとした。
量子化値＝｛（Ｖｉｎ−ｂ）×（２^１０−１）｝／（Ｖｒｅｆ×ａ） ・・・（２）
ここで、ａはＡ／Ｄ変換器のゲインエラー、ｂはＡ／Ｄ変換器のオフセットである。

ここで、入力電圧値Ｖｉｎ、及び量子化値の算出結果が記載された表の一部を図３に示す。図３の表では、左端の列から順に、温度Ｔ（℃）、サーミスタ３０の抵抗値Ｒ（ｋΩ）、入力電圧値Ｖｉｎ（Ｖ）、及び量子化値が記載されている。

Ｂ定数算出部１１３は、１℃以下（本実施形態では０．１℃単位）の温度測定を可能とする温度変換テーブルを作成するために、所定の温度刻み毎（本実施形態では１℃刻み）に、サーミスタ３０のＢ定数を算出する。すなわち、Ｂ定数算出部１１３は、特許請求の範囲に記載のＢ定数算出手段として機能する。

より具体的には、Ｂ定数算出部１１３は、次式（３）に基づいて、１℃毎にＢ定数を算出する。
Ｂ＝ｌｎ（Ｒ／Ｒ_０）／｛（１／Ｔ）−（１／Ｔ_０）｝ ・・・（３）
ただし、Ｒ_０は周囲温度Ｔ_０（Ｋ）の時の抵抗値であり、Ｒは周囲温度Ｔ（Ｋ）の時の抵抗値である。
ここで、上述した図３の表に対して、左端から３番目の列に、１℃毎に算出したＢ定数を追記（挿入）した表の一部を図４に示す（表中の太い破線で囲んだ領域参照）。

抵抗値算出部１１４は、温度の刻みを細分化（本実施形態では０．１度刻み）し、Ｂ定数算出部１１３により算出されたＢ定数を用いて、細分化された温度毎（０．１℃毎）に、サーミスタ３０の抵抗値Ｒを算出する。すなわち、抵抗値算出部１１４は、特許請求の範囲に記載の抵抗値算出手段として機能する。

より具体的には、抵抗値算出部１１４は、次式（４）に基づいて、サーミスタ３０の抵抗値Ｒ（無負荷状態）を算出する。
Ｒ＝Ｒ_０ｅｘｐＢ｛（１／Ｔ）−（１／Ｔ_０）｝ ・・・（４）
ここで、左端から４番目の列に、−４０℃と−３９℃との間を０．１℃刻みに細分化し、それぞれの温度に対応する抵抗値Ｒを算出して追記（挿入）した例を図５に示す（表中の太い破線で囲んだ領域参照）。なお、図５では−４０℃から−３９℃の間において温度を細分化した例を示したが、全温度レンジ（例えば、−４０℃から８５℃）について、同様の処理が行われる。

ここで、上述した入力電圧算出部１１１は、細分化された温度毎（０．１℃毎）に、抵抗値算出部１１４により算出されたサーミスタ３０の抵抗値Ｒ、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、及び、実基準電圧値Ｖｒｅｆを上式（１）に代入し、基準抵抗３１とサーミスタ３０との接続点からＡ／Ｄ変換器３２に入力される入力電圧値Ｖｉｎを算出する。

同様に、上述した量子化値算出部１１２は、細分化された温度毎（０．１℃毎）に、入力電圧算出部１１１により算出された入力電圧値Ｖｉｎを上式（２）に代入し、入力電圧値Ｖｉｎに対応する量子化値を算出する。

ここで、Ｂ定数、細分化された温度毎の入力電圧値Ｖｉｎ、及び量子化値の算出結果が記載された表を図６に示す。図６の表では、左端の列から順に、温度Ｔ（℃）、抵抗値Ｒ（ｋΩ）、Ｂ定数、細分化された抵抗値Ｒ（ｋΩ）、入力電圧値Ｖｉｎ（Ｖ）、及び量子化値がそれぞれ記載されている。

温度設定部１１５は、細分化された複数の温度に対して同一の量子化値が算出された場合に、該同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する。すなわち、温度設定部１１５は、特許請求の範囲に記載の温度設定手段として機能する。

温度設定部１１５は、一量子化当たりの温度の確度を上げるため、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、複数の温度の平均値を採用する。ここで、上述した図６の表に示された例では、例えば、一つの量子化値９７２について、４つの温度（−３９．７、−３９．６、−３９．５、−３９．４℃）が対応している。そこで、この場合、量子化値９７２については、４つの温度の平均値である、−３９．５５℃が対応する温度として採用される。

また、温度設定部１１５は、Ａ／Ｄ変換器３２のビット数（本実施形態では１０ｂｉｔ）と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数（１０２４）とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する。よって、温度変換テーブルでは、一量子化値毎に対応する温度データが与えられる。

整数化部１１６は、温度変換テーブルの温度データを、要求される精度から任意の倍数（本実施形態では１０倍）にして整数化する。すなわち、整数化部１１６は、特許請求の範囲に記載の整数化手段として機能する。例えば、上述した例では、量子化値９７２に対して、温度−３９．５５℃が対応付けられた。この場合、−３９．５５が１０倍されて整数化（四捨五入）され、−３９６とされる。

テーブル生成部１１７は、上記一連の処理が全温度レンジ（例えば−４０℃から８５℃において実行されることにより取得された量子化値と温度（整数化された温度データ）とを対応付けて、サーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた入力電圧値Ｖｉｎの量子化値と温度との関係を定めた温度変換テーブル（ルックアップテーブル）を生成する。すなわち、テーブル生成部１１７は、特許請求の範囲に記載のテーブル生成手段として機能する。

表示部１２は、例えば、ＬＣＤディスプレイなどから構成され、入力部１０によって受け付けられた各種入力データ（サーミスタ３０の基本特性データ（温度−抵抗値特性、Ｂ定数）、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、実基準電圧値Ｖｒｅｆなど）や、作成された温度変換テーブルなどの情報を表示する。

次に、図７を参照しつつ、温度変換テーブル作成装置１の動作、及び温度変換テーブル作成方法について説明する。図７は、温度変換テーブル作成装置１による温度変換テーブル作成処理の処理手順を示すフローチャートである。

ステップＳ１００（特許請求の範囲に記載の入力ステップに相当）では、外部から入力されるサーミスタ３０の基本特性データ（温度−抵抗値特性やＢ定数など）や、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１（Ω）、及び、測定された実基準電圧値Ｖｒｅｆ（Ｖ）などのデータ入力が受け付けられる。

次に、ステップＳ１０２（特許請求の範囲に記載の入力電圧算出ステップに相当）では、ステップＳ１００で受け付けられた、サーミスタ３０の温度−抵抗値特性データ（抵抗値Ｒ）、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、及び実基準電圧値Ｖｒｅｆに基づいて、所定の温度毎（例えば１℃毎）に、基準抵抗３１とサーミスタ３０との接続点からＡ／Ｄ変換器３２に入力される入力電圧値Ｖｉｎが算出される。なお、入力電圧値Ｖｉｎの算出方法の詳細については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続くステップＳ１０４（特許請求の範囲に記載の量子化値算出ステップに相当）では、Ａ／Ｄ変換器３２が有する変換誤差（ゲインエラーとオフセット）を補正して、ステップＳ１０２で算出された入力電圧値Ｖｉｎに対応する量子化値が算出される。なお、量子化値の算出方法の詳細については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続いて、ステップＳ１０６（特許請求の範囲に記載のＢ定数算出ステップに相当）では、１℃以下（本実施形態では０．１℃単位）の温度測定を可能とする温度変換テーブルを作成するために、所定の温度刻み毎（本実施形態では１℃刻み）に、サーミスタ３０のＢ定数が算出される。なお、Ｂ定数の算出方法の詳細については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

次に、ステップＳ１０８（特許請求の範囲に記載の抵抗値算出ステップに相当）では、温度の刻みが細分化（本実施形態では０．１度刻み）され、ステップＳ１０６で算出されたＢ定数を用いて、細分化された温度毎（０．１℃毎）に、サーミスタ３０の抵抗値Ｒが算出される。なお、抵抗値Ｒの算出方法の詳細については上述した通りであるので、ここでは詳細な説明を省略する。

続くステップＳ１１０（特許請求の範囲に記載の入力電圧算出ステップ、量子化値算出ステップに相当）では、細分化された温度毎（０．１℃毎）に、ステップＳ１０８で算出されたサーミスタ３０の抵抗値Ｒ、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、及び実基準電圧値Ｖｒｅｆに基づいて、基準抵抗３１とサーミスタ３０との接続点からＡ／Ｄ変換器３２に入力される入力電圧値Ｖｉｎが算出される。そして、ステップＳ１１０では、細分化された温度毎（０．１℃毎）に、算出された入力電圧値Ｖｉｎに基づいて、該入力電圧値Ｖｉｎに対応する量子化値が算出される。

次に、ステップＳ１１２（特許請求の範囲に記載の温度設定ステップに相当）では、細分化された複数の温度に対して同一の量子化値が算出された場合に、該同一の量子化値に対応する一つの温度が設定される。なお、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際には、複数の温度の平均値が採用される。また、ステップＳ１１２では、Ａ／Ｄ変換器３２のビット数（本実施形態では１０ｂｉｔ）と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数（１０２４）とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度が設定される。

続いて、ステップＳ１１４（特許請求の範囲に記載の整数化ステップに相当）では、温度変換テーブルの温度データが、要求される精度から任意の倍数（本実施形態では１０倍）にされて整数化される。

そして、ステップＳ１１６（特許請求の範囲に記載のテーブル生成ステップに相当）では、取得された各量子化値と温度（整数化された温度データ）とが対応付けられて、サーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた入力電圧値Ｖｉｎの量子化値と温度との関係を定めた温度変換テーブルが生成される。

続くステップＳ１１８では、例えば、ステップＳ１００で受け付けられた各種入力データ（サーミスタ３０の基本特性データ（温度−抵抗値特性、Ｂ定数）、基準抵抗３１の抵抗値Ｒ１、実基準電圧値Ｖｒｅｆ）や、作成された温度変換テーブルなどの情報が表示される。

本実施形態によれば、温度変換テーブルを作成する際に、Ａ／Ｄ変換器３２が有する変換誤差（傾きと切片の誤差）が補正されるため、Ａ／Ｄ変換器３２の有する変換誤差が解消される。また、この温度変換テーブルを用いれば、サーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた入力電圧値Ｖｉｎを量子化（Ａ／Ｄ変換）し、その量子化値で当該温度変換テーブルを検索することにより温度を求めることができる。そのため、近似式を用いた演算が不要となり、処理負荷が低減されるとともに、近似式を用いた演算に伴う誤差が解消される。その結果、より高精度な温度測定を可能としつつ、温度算出時の演算処理の負荷を低減することが可能となる。

本実施形態によれば、実際に測定された実基準電圧値Ｖｒｅｆを用いて、Ａ／Ｄ変換器３２に入力される入力電圧値Ｖｉｎが算出される。そのため、基準電圧値Ｖｒｅｆの変動やばらつきに起因して、抵抗値Ｒを電圧値Ｖｉｎに変換する際に生じ得る誤差（基準電圧誤差）を解消することができる。よって、より高精度な温度検出が可能となる。

本実施形態によれば、量子化値と、より細分化された温度とが対応付けられた温度変換テーブルが生成される。そのため、温度の刻み（温度ステップ）がより細分化され、測定精度をより向上させることが可能となる。

本実施形態によれば、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、複数の温度の平均値が採用される。そのため、１量子化当たりの温度の確度（確からしさ）を向上させることができ、測定精度をより向上させることが可能となる。

また、本実施形態によれば、Ａ／Ｄ変換器３２のビット数と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度が設定される。よって、Ａ／Ｄ変換器３２のビット数と、温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致する。そのため、Ａ／Ｄ変換した値（量子化値）から直接的に温度を求めることができ、補間計算等も不要なため、処理負荷をより低減することが可能となる。

さらに、本実施形態によれば、温度変換テーブルの温度データが整数化される。そのため、温度データを処理する際に、小数点を扱わなくてよいため、演算処理が容易になり、演算負荷をより低減することができる。

次に、図８を参照しつつ、上述した温度変換テーブル（ルックアップテーブル）を用いた温度測定装置３について説明する。図８は、温度測定装置３の構成を示すブロック図である。

温度計測装置３は、主として、サーミスタ３０並びに基準抵抗３１を有する温度検出回路３０１、Ａ／Ｄ変換器３２、記憶部３３、及び、温度取得部３４を備えて構成さえている。

温度検出回路３０１は、上述した図２に示される回路と同一であり、温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた電圧値Ｖｉｎを生成する。すなわち、温度検出回路３０１は、特許請求の範囲に記載の生成手段として機能する。より詳細には、基準抵抗器３１の一端は、基準電源（基準電圧）Ｖｒｅｆに接続されており、他端が、サーミスタ３０の一端と接続されている。また、サーミスタ３０の他端はグランドに接続されている。

Ａ／Ｄ変換器３２は、入力端子が、基準抵抗器３１とサーミスタ３０との接続点に接続され、温度検出回路３０１により生成された電圧値Ｖｉｎを量子化（デジタル変換）して電圧値Ｖｉｎの量子化値（デジタル値）を取得する。

記憶部３３は、例えば、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等からなり、上述した温度変換テーブル作成装置１により作成された温度変換テーブルを予め記憶する。すなわち、記憶部３３は、特許請求の範囲に記載の記憶手段として機能する。

温度取得部３４は、Ａ／Ｄ変換器３２により取得された量子化値を用いて温度変換テーブルを検索し、温度を求める。すなわち、温度取得部３４は、特許請求の範囲に記載の温度取得手段として機能する。ここで、温度取得部３４は、例えば、ＲＯＭ等に記憶されているプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、その機能が実現される。

上述した構成を備えることにより、基準抵抗器３１とサーミスタ３０との接続点には、基準抵抗器３１の抵抗値Ｒ１とサーミスタ３０の抵抗値Ｒとの比率に応じた電圧値Ｖｉｎ、すなわち、サーミスタ３０の抵抗値Ｒの変化に応じた電圧値Ｖｉｎが現れる。この電圧値ＶｉｎはＡ／Ｄ変換器３２によって、Ａ／Ｄ変換（量子化）される。

一方、記憶部３３には、電圧値Ｖｉｎの量子化値と温度との関係を定めた温度変換テーブルが記憶されており、電圧値Ｖｉｎの量子化値に基づいて、この温度変換テーブルが検索されることにより温度が取得される。

ここで、温度変換テーブルを用いた温度測定装置３の効果を確認するために、図９に示されるように、温度測定装置３を恒温槽４０１中に置いて、実際に温度を測定した。図９は、温度測定装置３（温度変換テーブル）の評価装置４００の構成を示すブロック図である。なお、測定結果（測定温度）を比較するために、高精度温度計４０２を温度測定装置３の近傍に配置して、温度を測定した。

図１０に、評価結果（温度測定結果）の一例を示す。図１０に示されたグラフの横軸は恒温槽温度設定値（℃）であり、縦軸は高精度温度計４０２で測定した温度との温度差（℃）である。また、図１０では、比較例として、従来の温度近似式を用いて算出した温度を併せて示した（破線参照）。なお、ここで、温度近似式は次式（５）を用いた。
温度Ｔ＝［１÷｛（１÷２９８）＋ｌｏｇ｛（Ｒ÷１００）÷４２１２｝］−２７３ ・・・（５）
ただし、Ｒはサーミスタ３０の抵抗値（ｋΩ）であり、次式（６）により求められる。
Ｒ＝（−１００×Ｖｉｎ）÷（Ｖｉｎ−Ｖｒｅｆ） ・・・（６）
ここで、入力電圧値Ｖｉｎ及び基準電圧値Ｖｒｅｆは、マルチメータで測定した値を用いた。

図１０に破線で示されるように、近似式を用いた方法では、高温領域（例えば５０℃以上）と低温領域（例えば０℃以下）において、非線形的に精度が悪化（すなわち、高精度温度計４０２で計測した温度との差が拡大）することが示された。例えば、近似式で算出された温度が−３５．０６℃のときには、高精度温度計４０２で測定した温度との差分が３℃となった。一方、温度変換テーブルを用いた温度測定装置３の測定結果は、図１０に実線で示されるように、全温度領域において略フラットであり、高精度温度計４０２で測定した温度との差が±１℃の範囲に納まっている。すなわち、温度変換テーブルを用いた温度測定装置３によれば、低温領域及び高温領域を含め、全温度範囲で略誤差なく温度を測定できることが確認された。

本実施形態によれば、上述した温度変換テーブル作成装置１により作成された温度変換テーブル（ルックアップテーブル）が予め記憶されており、サーミスタ３０の抵抗値Ｒに応じた電圧値Ｖｉｎの量子化値を用いて温度変換テーブルが検索され、温度が求められる。そのため、基準電圧変動誤差、Ａ／Ｄ変換器誤差、及び演算誤差を低減することができる。また、近似式の計算を省くことができるため、演算量の低減を図ることができる。その結果、より高精度な温度測定を可能としつつ、温度算出時の演算処理の負荷を低減することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、温度変換テーブルを作成する際に、温度刻み（温度ステップ）を０．１℃刻みとしたが、この温度刻みは任意に設定することができる。例えば、０．０１℃刻みにしてもよい。

同様に、上記実施形態では、温度変換テーブルを作成する際に、Ｂ定数を１℃毎に設定したが、例えば、０．１℃毎に設定してもよい。

また、上記実施形態では、使用するＡ／Ｄ変換器３２のビット数を１０ｂｉｔとしたが、１０ｂｉｔに限られることなく、例えば、１２ｂｉｔ、１６ｂｉｔ、又はそれ以上であってもよい。

１ 温度変換テーブル作成装置
３ 温度計測装置
１０ 入力部
１０１ 基準電圧測定部
１１ 情報処理ユニット
１１１ 入力電圧算出部
１１２ 量子化値算出部
１１３ Ｂ定数算出部
１１４ 抵抗値算出部
１１５ 温度設定部
１１６ 整数化部
１１７ テーブル生成部
１２ 表示部
３０ サーミスタ
３１ 基準抵抗
３０１ 温度検出回路
３２ Ａ／Ｄ変換器
３３ 記憶部
３４ 温度取得部

Claims (13)

1. 温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子の抵抗値、該温度検出素子に直列接続される基準抵抗の抵抗値、及び、前記温度検出素子、基準抵抗に印加される基準電圧値を含むデータの入力を受け付ける入力手段と、
   前記入力手段により受け付けられた、温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、所定の温度毎に、前記基準抵抗と温度検出素子との接続点からＡ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出する入力電圧算出手段と、
   前記所定の温度毎に、前記Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差を考慮して、前記入力電圧算出手段により算出された入力電圧値に対応する量子化値を算出する量子化値算出手段と、
   前記量子化値算出手段により算出された量子化値と、所定の温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成するテーブル生成手段と、を備えることを特徴とする温度変換テーブル作成装置。
2. 前記基準電圧値を測定する測定手段をさらに備え、
   前記入力電圧算出手段は、前記測定手段により測定された実基準電圧値を用いて、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出することを特徴とする請求項１に記載の温度変換テーブル作成装置。
3. 所定の温度刻み毎に、前記温度検出素子のＢ定数を算出するＢ定数算出手段と、
   前記Ｂ定数算出手段により算出されたＢ定数を用いて、前記所定の温度よりも細分化された温度毎に、前記温度検出素子の抵抗値を算出する抵抗値算出手段と、をさらに備え、
   前記入力電圧算出手段は、細分化された温度毎に、前記抵抗値算出手段により算出された温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出し、
   量子化値算出手段は、細分化された温度毎に、前記入力電圧値に対応する量子化値を算出し、
   前記テーブル生成手段は、量子化値と、細分化された温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成することを特徴とする請求項１又は２に記載の温度変換テーブル作成装置。
4. 細分化された複数の温度に対して同一の量子化値が算出された場合に、該同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する温度設定手段を備え、
   前記温度設定手段は、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、前記複数の温度の平均値を採用することを特徴とする請求項３に記載の温度変換テーブル作成装置。
5. 前記温度設定手段は、前記Ａ／Ｄ変換器のビット数と、前記温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定することを特徴とする請求項４に記載の温度変換テーブル作成装置。
6. 前記温度変換テーブルの温度データを整数化する整数化手段をさらに備えることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の温度変換テーブル作成装置。
7. 温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子の抵抗値、該温度検出素子に直列接続される基準抵抗の抵抗値、及び、前記温度検出素子、基準抵抗に印加される基準電圧値を含むデータの入力を受け付ける入力ステップと、
   前記入力ステップにおいて受け付けられた、温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、所定の温度毎に、前記基準抵抗と温度検出素子との接続点からＡ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出する入力電圧算出ステップと、
   前記所定の温度毎に、前記Ａ／Ｄ変換器が有する変換誤差を考慮して、前記入力電圧算出ステップにおいて算出された入力電圧値に対応する量子化値を算出する量子化値算出ステップと、
   前記量子化値算出ステップにおいて算出された量子化値と、所定の温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成するテーブル生成ステップと、を備えることを特徴とする温度変換テーブル作成方法。
8. 前記基準電圧値を測定する測定ステップをさらに備え、
   前記入力電圧算出ステップでは、前記測定ステップにおいて測定された実基準電圧値を用いて、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出することを特徴とする請求項７に記載の温度変換テーブル作成方法。
9. 所定の温度刻み毎に、前記温度検出素子のＢ定数を算出するＢ定数算出ステップと、
   前記Ｂ定数算出ステップにおいて算出されたＢ定数を用いて、前記所定の温度よりも細分化された温度毎に、前記温度検出素子の抵抗値を算出する抵抗値算出ステップと、をさらに備え、
   前記入力電圧算出ステップでは、細分化された温度毎に、前記抵抗値算出ステップにおいて算出された温度検出素子の抵抗値、基準抵抗の抵抗値、及び基準電圧値に基づいて、前記Ａ／Ｄ変換器に入力される入力電圧値を算出し、
   量子化値算出ステップでは、細分化された温度毎に、前記入力電圧値に対応する量子化値を算出し、
   前記テーブル生成ステップでは、量子化値と、細分化された温度とを対応付けて温度変換テーブルを生成することを特徴とする請求項７又は８に記載の温度変換テーブル作成方法。
10. 細分化された複数の温度に対して同一の量子化値が算出された場合に、該同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する温度設定ステップを備え、
    前記温度設定ステップでは、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定する際に、前記複数の温度の平均値を採用することを特徴とする請求項９に記載の温度変換テーブル作成方法。
11. 前記温度設定ステップでは、前記Ａ／Ｄ変換器のビット数と、前記温度変換テーブルの量子化値の格子点数とが一致するように、同一の量子化値に対応する一つの温度を設定することを特徴とする請求項１０に記載の温度変換テーブル作成方法。
12. 前記温度変換テーブルの温度データを整数化する整数化ステップをさらに備えることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載の温度変換テーブル作成方法。
13. 温度に応じて抵抗値が変化する温度検出素子と、
    前記温度検出素子の抵抗値に応じた電圧値を生成する生成手段と、
    前記生成手段により生成された電圧値を量子化して当該電圧値の量子化値を取得するＡ／Ｄ変換器と、
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の温度変換テーブル作成装置により作成された温度変換テーブルを予め記憶する記憶手段と、
    前記Ａ／Ｄ変換器により取得された量子化値を用いて前記温度変換テーブルを検索し、温度を求める温度取得手段と、を備えることを特徴とする温度測定装置。
    

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