JP7119667B2 - 温度測定装置及び温度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、温度測定装置及び温度測定方法に関する。

温度測定装置の代表的なものに、熱電対を温度センサとする温度測定装置がある。温度センサとしての熱電対は、測温接点と冷接点とを有しており、測温接点が温度測定対象に接触され、冷接点が温度測定装置に接続された状態で用いられる。温度測定装置は、冷接点を介して入力される熱電対の起電力（以下、「入力起電力Ｅｔｃ」という）を用いて温度測定対象の温度を測定する。

ここで、入力起電力Ｅｔｃは、測温接点の温度（以下、「測定対象温度Ｔｘ」という）に相当する起電力から、冷接点の温度（以下、「冷接点温度Ｔｊ」という）に相当する起電力を減算した起電力となる。このため、測定対象温度Ｔｘを求めるには、冷接点温度Ｔｊに相当する起電力が必要になる。従来の温度測定装置は、一般的に、冷接点の近傍に冷接点センサ（例えば、測温抵抗体やダイオード等の温度センサ）を設け、冷接点センサで測定された冷接点センサ温度Ｔｒを熱電対の起電力に変換した補償起電力Ｅｔｒを、上記の冷接点温度Ｔｊに相当する起電力として用いている。この補償起電力Ｅｔｒを入力起電力Ｅｔｃに加算し、加算された電力を温度に変換することで、温度測定対象の測定温度Ｔｙ（≒測定対象温度Ｔｘ）が求められる。

このような温度測定装置では、温度が安定している環境下（例えば、２５℃で安定している環境下）において、冷接点センサで測定され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、温度測定対象の温度を測定する際に、温度測定装置の周囲温度が必ずしも安定している訳ではなく、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及び冷接点センサ温度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ことになる。

以下の特許文献１には、温度測定装置の周囲温度が変化したとき、冷接点温度Ｔｊと冷接点センサ温度Ｔｒとの過渡的な温度差により発生する誤差を解消することができる温度測定装置が開示されている。具体的に、以下の特許文献１に開示された温度測定装置は、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（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）を用いて冷接点センサ温度Ｔｒを冷接点温度（補償温度Ｔｆ）に変換している。そして、変換後の冷接点温度（補償温度Ｔｆ）を電力に変換し、入力起電力に加算し、加算された電力を温度に変換することで、温度測定対象の測定温度Ｔｙを求めるようにしている。

特許第５５９４３１５号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された温度測定装置では、時間領域の冷接点センサ温度Ｔｒを複素領域の冷接点温度（補償温度Ｔｆ）に変換する演算（例えば、ラプラス演算）を行う必要がある。また、上述した特許文献１において、最終的に求められる温度測定対象の測定温度Ｔｙは時間領域の温度であるため、複素領域の温度を時間領域の温度に変換する演算（例えば、逆ラプラス変換）を行う必要もある。

このように、従来は、時間領域から複素領域に変換する演算と、複素領域から時間領域に変換する演算とを行う必要があることから、例えばマイクロプロセッサ等の演算装置の負荷が大きいという問題があった。ここで、演算装置の負荷が大きいと、消費電力の増大、発熱量の増大、他の演算処理の遅延等の悪影響等が生ずる虞が考えられる。尚、以上の問題は、熱電対を温度センサとする温度測定装置のみで生ずる問題ではなく、温度を求める必要のある部位（第１部位）とは異なる部位（第２部位）に設置された温度センサの測定結果を用いて、上記第１部位の温度を求める必要のある温度測定装置で生ずる問題である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、従来よりも演算装置の負荷を低減しつつ、温度の測定が必要な測定点と温度センサの設置位置との過渡的な温度差により発生する誤差を解消することができる温度測定装置及び温度測定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様による温度測定装置は、温度を求める必要がある第１部位（ＰＬ１）とは異なる第２部位（ＰＬ２）に設置された温度センサ（１４）と、前記温度センサの測定結果を、所定の周期（Δｔ）で取得する第１取得部（１５）と、前記第１取得部で取得された最新の測定結果である第１温度、前記第１取得部で１周期前に取得された測定結果である第２温度、及び１周期前に求められた前記第１部位の温度である第３温度を用いた代数演算を行って、前記第１部位における最新の温度（Ｔｆ）を求める温度算出部（１６）と、を備える。
また、本発明の一態様による温度測定装置は、前記温度算出部が、前記第１温度、前記第２温度、及び前記第３温度と、周囲温度の変化に伴う前記第１部位における温度変化の一次遅れ要素の時定数である第１時定数（τｊ）、及び前記周囲温度の変化に伴う前記第２部位における温度変化の一次遅れ要素の時定数である第２時定数（τｒ）とを用いた代数演算を行って、前記第１部位における最新の温度を求める。
また、本発明の一態様による温度測定装置は、前記温度算出部が、前記第１温度、前記第２温度、及び前記第３温度と、前記第１時定数及び前記第２時定数と、前記所定の周期とを用いた代数演算を行って、前記第１部位における最新の温度を求める。
また、本発明の一態様による温度測定装置は、前記温度算出部が、前記第１時定数、前記第２時定数、及び前記所定の周期から求められる第１係数と前記第１温度とを乗算して第１乗算値を求める第１演算、前記第１時定数、前記第２時定数、及び前記所定の周期から求められる第２係数と前記第２温度とを乗算して第２乗算値を求める第２演算、前記第１時定数及び前記所定の周期から求められる第３係数と前記第３温度とを乗算して第３乗算値を求める第３演算、並びに、前記第１乗算値、第２乗算値、及び前記第３乗算値を加算して前記第１部位における最新の温度を求める第４演算を行う。
また、本発明の一態様による温度測定装置は、前記第１部位が、熱電対（２）の冷接点（Ｅ２）が接続される接続端子（１１）が設けられている部位であり、前記第２部位が、前記第１部位に近接する部位であり、前記温度センサが、前記冷接点の温度を測定するために設けられた冷接点センサである。
また、本発明の一態様による温度測定装置は、前記接続端子を介して入力される前記熱電対の起電力である入力起電力を前記所定の周期で取得する第２取得部（１２）と、前記第２取得部で取得された前記入力起電力を用いて、前記熱電対の測温接点（Ｅ１）と前記冷接点との温度差を求める第１演算部（１３）と、前記第１演算部で求められた最新の前記温度差と、前記温度算出部で求められた前記第１部位における最新の温度とを用いて、前記測温接点の温度を求める第２演算部（１７）と、を備える。
また、本発明の一態様による温度測定装置は、前記第２演算部で求められた前記測温接点の温度を出力する出力部（１８）を備える。
本発明の一態様による温度測定方法は、温度を求める必要がある第１部位（ＰＬ１）とは異なる第２部位（ＰＬ２）に設置された温度センサ（１４）の測定結果を用いて前記第１部位における温度を求める温度測定方法であって、第（ｎ－１）時点（ｎは２以上の整数）で前記温度センサの測定結果を取得する第１ステップ（Ｓ２１）と、前記第（ｎ－１）時点から所定の時間（Δｔ）が経過した第ｎ時点で、前記温度センサの測定結果を取得する第２ステップ（Ｓ２１）と、前記第２ステップで取得された測定結果である第１温度、前記第１ステップで取得された測定結果である第２温度、及び前記第（ｎ－１）時点において求められた前記第１部位の温度である第３温度を用いた代数演算を行って、前記第ｎ時点における前記第１部位の温度を求める第３ステップ（Ｓ２４）と、を有する。

本発明によれば、従来よりも演算装置の負荷を低減しつつ、温度の測定が必要な測定点と温度センサの設置位置との過渡的な温度差により発生する誤差を解消することができると言う効果がある。

本発明の一実施形態による温度測定装置の使用状態を示す図である。 本発明の一実施形態による温度測定装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による温度測定装置に設けられる接続端子と冷接点センサとの位置関係の一例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態において、周囲温度が変化した場合の冷接点センサ温度及び冷接点温度の変化の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による温度測定装置の動作の概要を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態で行われる補償温度の算出処理の詳細を示すフローチャートである。 シミュレーション結果を示す図である。 他のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の一実施形態による温度測定装置の実測結果を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による温度測定装置及び温度測定方法について詳細に説明する。

〈温度測定装置の使用状態〉
図１は、本発明の一実施形態による温度測定装置の使用状態を示す図である。図１に示す通り、本実施形態の温度測定装置１は、熱電対２を温度センサとして用いて温度測定対象Ｍの温度を測定する。温度センサとしての熱電対２は、測温接点Ｅ１と冷接点Ｅ２とを有しており、測温接点Ｅ１が温度測定対象Ｍに接触され、冷接点Ｅ２が温度測定装置１の接続端子１１に接続される。

熱電対２では、測温接点Ｅ１の温度（測定対象温度Ｔｘ）と冷接点Ｅ２の温度（冷接点温度Ｔｊ）との差に応じた起電力が生ずる。温度測定装置１は、接続端子１１を介して入力される熱電対２の起電力（入力起電力Ｅｔｃ）を用いて温度測定対象Ｍの温度を測定する。尚、詳細は、後述するが、温度測定装置１の接続端子１１の近傍には、冷接点Ｅ２の温度を測定するための温度センサである冷接点センサ１４が設けられている。

〈温度測定装置の構成〉
図２は、本発明の一実施形態による温度測定装置の要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、本実施形態の温度測定装置１は、接続端子１１、入力起電力取得部１２（第２取得部）、温度差演算部１３（第１演算部）、冷接点センサ１４、冷接点センサ温度取得部１５（第１取得部）、冷接点温度補償部１６（温度算出部）、測定温度演算部１７（第２演算部）、及び出力部１８を備える。尚、これの構成のうち、例えば温度差演算部１３、冷接点温度補償部１６、測定温度演算部１７等は、例えばマイクロプロセッサ等の演算装置によって実現される。

接続端子１１は、熱電対２の冷接点Ｅ２が接続される端子である。この接続端子１１としては、例えばプリント基板２１上に設けられた端子台２２の一対の端子２３を用いることができる（図３参照）。入力起電力取得部１２は、接続端子１１を介して入力される入力起電力Ｅｔｃを所定の周期（サンプリング周期Δｔ）で取得する。この入力起電力取得部１２は、例えばＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）コンバータである。入力起電力取得部１２のサンプリング周期Δｔは、例えば数秒～数分程度である。

温度差演算部１３は、入力起電力取得部１２で取得された入力起電力Ｅｔｃを用いて、熱電対２の測温接点Ｅ１と冷接点Ｅ２との温度差Ｔｃを求める。例えば、温度差演算部１３は、国際規格等で規格化されている温度と熱電対２の起電力（電圧）との関係を示すデータに基づいて作成された熱電対２の起電力テーブルを参照して、入力起電力取得部１２で取得された入力起電力Ｅｔｃから上記の温度差Ｔｃを求める。

冷接点センサ１４は、例えば、測温抵抗体やダイオード等の温度センサであり、冷接点Ｅ２の温度を測定するために、接続端子１１の近傍に設けられる。ここで、冷接点センサ１４は、冷接点Ｅ２の温度を測定するために設けられるものであるため、冷接点Ｅ２が接続される接続端子１１に設けられるのが理想的である。しかしながら、接続端子１１に冷接点センサ１４を設けることは困難であるため、接続端子１１の近傍（極力、接続端子１１に近接する位置）に設けられる。

例えば、冷接点センサ１４は、図３に示す通り、プリント基板２１上であって、端子台２２の接続端子１１が設けられている部位ＰＬ１（第１部位）とは異なる部位ＰＬ２（第２部位）に設置される。例えば、冷接点センサ１４が設置される部位ＰＬ２は、端子台２２の接続端子１１が設けられている部位ＰＬ１に近接する部位である。図３は、本発明の一実施形態による温度測定装置に設けられる接続端子と冷接点センサとの位置関係の一例を示す斜視図である。尚、図３に示す接続端子１１と冷接点センサ１４との位置関係はあくまでも一例であり、図３に示す位置関係に制限される趣旨ではない点に注意されたい。

冷接点センサ温度取得部１５は、冷接点センサ１４の測定結果を、所定の周期（サンプリング周期Δｔ）で取得する。この冷接点センサ温度取得部１５は、例えばＡ／Ｄコンバータである。冷接点センサ温度取得部１５のサンプリング周期Δｔは、例えば数秒～数分程度である。尚、冷接点センサ温度取得部１５のサンプリング周期Δｔと、入力起電力取得部１２のサンプリング周期Δｔとは、同じであることが望ましいが、異なっていても良い。冷接点センサ温度取得部１５で取得された冷接点センサ１４の測定結果は、冷接点センサ温度Ｔｒとして出力される。

冷接点温度補償部１６は、冷接点センサ温度取得部１５から出力される冷接点センサ温度Ｔｒを用いて補償温度Ｔｆを求める。この補償温度Ｔｆは、冷接点Ｅ２が接続される接続端子１１の温度を示すものであり、冷接点温度Ｔｊに近い温度である。ここで、冷接点温度補償部１６は、所定の代数演算を行って、補償温度Ｔｆを求める。これは、従来よりも補償温度Ｔｆの演算に要する負荷を低減するためである。尚、冷接点温度補償部１６で行われる代数演算の詳細については後述する。

測定温度演算部１７は、温度差演算部１３から出力される温度差Ｔｃと、冷接点温度補償部１６から出力される補償温度Ｔｆとを用いて、温度測定対象Ｍの測定温度Ｔｙ（≒測定対象温度Ｔｘ）を求める。具体的に、測定温度演算部１７は、温度差演算部１３から出力される温度差Ｔｃに対し、冷接点温度補償部１６から出力される補償温度Ｔｆを加算することによって温度測定対象Ｍの測定温度Ｔｙを求める。

出力部１８は、測定温度演算部１７で求められた温度測定対象Ｍの測定温度Ｔｙを出力する。この出力部１８は、例えば、液晶表示装置や７セグメント表示器等の表示装置を備えており、上記の測定温度Ｔｙを表示する（出力する）ものであって良い。或いは、出力部１８は、有線又は無線の伝送装置を備えており、上記の測定温度Ｔｙを示す信号を伝送するものであって良い。

〈冷接点温度補償部で行われる代数演算〉
次に、冷接点温度補償部１６で行われる代数演算について詳細に説明する。まず、冷接点センサ温度Ｔｒ及び冷接点温度Ｔｊを時間の関数で表し、それぞれ冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）及び冷接点温度Ｔｊ（ｔ）とする。これら冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）及び冷接点温度Ｔｊ（ｔ）は、周囲温度Ｔｅ（冷接点Ｅ２及び冷接点センサ１４の周囲温度Ｔｅ）の変化に伴う温度変化に一次遅れが生ずるものとする。冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）の一次遅れ要素の時定数をτｒ（第２時定数）とし、冷接点温度Ｔｊ（ｔ）の一次遅れ要素の時定数をτｊ（第１時定数）とする。尚、時定数τｒ，τｊは何れも、冷接点Ｅ２及び冷接点センサ１４の設置位置の温度変化を実測して得ることができる。

図４は、本発明の一実施形態において、周囲温度が変化した場合の冷接点センサ温度及び冷接点温度の変化の一例を示す図である。図４に示す通り、時刻ｔ０において、周囲温度ＴｅがＴ０からＴ１にステップ状に変化したとすると、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）及び冷接点温度Ｔｊ（ｔ）は、温度Ｔ０から指数関数的に徐々に上昇していき温度Ｔ１に達する変化を示す。ここで、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）の一次遅れ要素の時定数τｒと、冷接点温度Ｔｊ（ｔ）の一次遅れ要素の時定数τｊとは異なることから、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）と冷接点温度Ｔｊ（ｔ）とは、温度の上昇率及び温度Ｔ１に達するまでの時間が異なる。

次に、周囲温度Ｔｅを時間の関数で表し、周囲温度Ｔｅ（ｔ）とする。周囲温度Ｔｅ（ｔ）と、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）及び冷接点温度Ｔｊ（ｔ）との関係は、以下の（１）式で表される。

上記（１）式から、以下の（２）式が得られる。

上記（２）式を差分方程式で表すと、以下の（３）式となる。尚、以下の（３）式中のΔｔは、サンプリング周期（入力起電力取得部１２及び冷接点センサ温度取得部１５のサンプリング周期）である。また、ｎはデータ番号（入力起電力取得部１２及び冷接点センサ温度取得部１５で取得されたデータの番号）であって、２以上の整数である。

上記（３）式を変形すると、以下の（４）式となる。

上記（４）式を参照すると、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）、及び冷接点温度Ｔｊ（ｎ－１）を用いた代数演算を行えば、真の冷接点温度Ｔｊ（ｎ）を求められることが分かる。ここで、温度測定装置１で求められる補償温度を、真の冷接点温度Ｔｊ（ｎ）と区別するために、補償温度Ｔｆ（ｎ）とする。補償温度Ｔｆ（ｎ）≒冷接点温度Ｔｊ（ｎ）であるから、上記（４）式を以下の（５）式で表現することができる。

つまり、上記（５）式から、補償温度Ｔｆ（ｎ）は、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）、及び補償温度Ｔｆ（ｎ－１）を用いた代数演算を行うことで得られる。冷接点温度補償部１６は、上記（５）式に示す代数演算を行うために、図２に示す通り、２つのメモリ１６ａ，１６ｂを備える。メモリ１６ａは、冷接点センサ温度取得部１５で１周期前に取得された冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）を記憶するためのものである。メモリ１６ｂは、冷接点温度補償部１６で１周期前に求められた補償温度Ｔｆ（ｎ－１）を記憶するためのものである。

冷接点温度補償部１６は、冷接点センサ温度取得部１５で取得された最新の冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）（第１温度）、冷接点センサ温度取得部１５で１周期前に取得されてメモリ１６ａに記憶されている冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）（第２温度）、及び冷接点温度補償部１６で１周期前に求められてメモリ１６ｂに記憶されている補償温度Ｔｆ（ｎ－１）（第３温度）を用いた代数演算を行って、最新の補償温度Ｔｆ（ｎ）を求める。尚、前述の通り、ｎは２以上の整数であるため、上記（５）式を用いて求められる補償温度Ｔｆ（ｎ）は、補償温度Ｔｆ（２）からである。冷接点温度補償部１６は、例えば冷接点センサ温度取得部１５で取得される冷接点センサ温度Ｔｒ（１）を、補償温度Ｔｆ（１）として用いる。

ここで、上記（５）式を参照すると、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｔ）の一次遅れ要素の時定数τｒと、冷接点温度Ｔｊ（ｔ）の一次遅れ要素の時定数τｊとが含まれている。このため、冷接点温度補償部１６は、上記の冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）、及び補償温度Ｔｆ（ｎ－１）と、上記の時定数τｒ，τｊとを用いた代数演算を行って、最新の補償温度Ｔｆ（ｎ）を求めるということもできる。

また、上記（５）式を参照すると、サンプリング周期Δｔ（入力起電力取得部１２及び冷接点センサ温度取得部１５のサンプリング周期）が含まれている。このため、冷接点温度補償部１６は、上記の冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）、及び補償温度Ｔｆ（ｎ－１）と、上記の時定数τｒ，τｊと、サンプリング周期Δｔとを用いた代数演算を行って、最新の補償温度Ｔｆ（ｎ）を求めるということもできる。

より具体的に、上記（５）式を参照すると、冷接点温度補償部１６は、以下の第１演算～第４演算を行って、最新の補償温度Ｔｆ（ｎ）を求めている。
「第１演算」
時定数τｒ，τｊ及びサンプリング周期Δｔから求められる係数（第１係数）と最新の冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）とを乗算して乗算値（第１乗算値）を求める演算
「第２演算」
時定数τｒ，τｊ及びサンプリング周期Δｔから求められる係数（第２係数）と１周期前に取得された冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）とを乗算して乗算値（第２乗算値）を求める演算
「第３演算」
時定数τｊ及びサンプリング周期Δｔから求められる係数（第３係数）と１周期前に求められた補償温度Ｔｆ（ｎ－１）とを乗算して乗算値（第３乗算値）を求める演算
「第４演算」
上記第１～第３演算で得られた乗算値（第１～第３演算値）を加算して、最新の補償温度Ｔｆ（ｎ）を求める演算

〈温度測定装置の動作〉
図５は、本発明の一実施形態による温度測定装置の動作の概要を示すフローチャートである。尚、図５に示すフローチャートの処理は、例えば温度測定装置１の電源が投入されることによって開始され、例えば数秒～数分程度のサンプリング周期Δｔで繰り返される。図１に示す通り、温度センサとしての熱電対２の冷接点Ｅ２を温度測定装置１の接続端子１１に接続し、熱電対２の測温接点Ｅ１を温度測定対象Ｍに接触させる。すると、熱電対２の冷接点Ｅ２には、ゼーベック効果によって、温度測定対象Ｍの温度（測定対象温度Ｔｘ）と冷接点Ｅ２の温度（冷接点温度Ｔｊ）との差に応じた起電力が生ずる。

冷接点Ｅ２で生じた起電力は、接続端子１１を介して入力起電力Ｅｔｃとして温度測定装置１に入力され、入力起電力取得部１２で取得される（ステップＳ１１）。入力起電力取得部１２で取得された入力起電力Ｅｔｃは、温度差演算部１３に入力される。そして、温度差演算部１３において、入力起電力Ｅｔｃを用いて熱電対２の測温接点Ｅ１と冷接点Ｅ２との温度差Ｔｃを求める処理が行われる（ステップＳ１２）。

また、補償温度Ｔｆを算出する処理が、冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ１３）。冷接点温度補償部１６で行われる補償温度Ｔｆの算出処理の詳細については後述する。尚、図５では、便宜上、ステップＳ１２の後にステップＳ１３を図示しているが、ステップＳ１３の処理は、ステップＳ１２の処理と並行して行われる。続いて、冷接点温度補償部１６で算出された補償温度Ｔｆに、温度差演算部１３で求められた温度差Ｔｃを加算して、温度測定対象Ｍの測定温度Ｔｙを求める処理が測定温度演算部１７で行われる（ステップＳ１４）。尚、測定温度演算部１７で求められた測定温度Ｔｙは、出力部１８から出力される。

〈補償温度Ｔｆの算出処理〉
図６は、本発明の一実施形態で行われる補償温度の算出処理の詳細を示すフローチャートである。尚、図６に示すフローチャートの処理も、例えば温度測定装置１の電源が投入されることによって開始され、例えば数秒～数分程度のサンプリング周期Δｔで（所定の時間毎に）繰り返される。以下では、繰り返される図６に示すフローチャートの処理のうちの第ｋ回目（ｋは１以上の整数）の処理を「第ｋ回目処理」という。

《第１回目処理》
処理が開始されると、まず冷接点センサ温度Ｔｒを取得する処理が冷接点センサ温度取得部１５で行われる（ステップＳ２１）。尚、ここで取得される冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点センサ温度Ｔｒ（１）である。冷接点センサ温度取得部１５で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点温度補償部１６に入力され、最初のデータであるか否か（つまり、冷接点センサ温度Ｔｒ（１）であるか否か）が判断される（ステップＳ２２）。

ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、上述の通り、冷接点センサ温度Ｔｒ（１）であるため、ステップＳ２２の判断結果は「ＹＥＳ」となる。すると、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒを、メモリ１６ａ，１６ｂの双方に記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２３）。つまり、冷接点センサ温度Ｔｒ（１）をメモリ１６ａに記憶させ、冷接点センサ温度Ｔｒ（１）を補償温度Ｔｆ（１）としてメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる。

《第２回目処理》
処理が開始されると、まず冷接点センサ温度Ｔｒを取得する処理が冷接点センサ温度取得部１５で行われる（ステップＳ２１：第１ステップ）。尚、ここで取得される冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点センサ温度Ｔｒ（２）である。冷接点センサ温度取得部１５で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点温度補償部１６に入力され、最初のデータであるか否かが判断される（ステップＳ２２）。

ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、上述の通り、冷接点センサ温度Ｔｒ（２）であるため、ステップＳ２２の判断結果は「ＮＯ」となる。すると、代数演算を行って補償温度Ｔｆを算出する処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２４）。具体的には、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒ（冷接点センサ温度Ｔｒ（２））、メモリ１６ａに記憶されている冷接点センサ温度Ｔｒ（１）、及びメモリ１６ｂに記憶されている補償温度Ｔｆ（１）を用い、前述した（５）式に示す代数演算を行って補償温度Ｔｆ（２）を算出する処理が行われる。尚、ここで行われる代数演算は、前述した（５）式において、ｎ＝２とした場合の演算である。

以上の処理で算出された補償温度Ｔｆ（２）は、冷接点温度補償部１６から最新の補償温度Ｔｆとして出力される。以上の処理が終了すると、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒをメモリ１６ａに記憶させ、ステップＳ２４で算出された補償温度Ｔｆをメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２５，Ｓ２６）。つまり、つまり、冷接点センサ温度Ｔｒ（２）をメモリ１６ａに記憶させ、補償温度Ｔｆ（２）をメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる。

《第３回目処理》
処理が開始されると、まず冷接点センサ温度Ｔｒを取得する処理が冷接点センサ温度取得部１５で行われる（ステップＳ２１：第２ステップ）。尚、ここで取得される冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点センサ温度Ｔｒ（３）である。冷接点センサ温度取得部１５で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点温度補償部１６に入力され、最初のデータであるか否かが判断される（ステップＳ２２）。

ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、上述の通り、冷接点センサ温度Ｔｒ（３）であるため、ステップＳ２２の判断結果は「ＮＯ」となる。すると、代数演算を行って補償温度Ｔｆを算出する処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２４：第３ステップ）。具体的には、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒ（冷接点センサ温度Ｔｒ（３））、メモリ１６ａに記憶されている冷接点センサ温度Ｔｒ（２）、及びメモリ１６ｂに記憶されている補償温度Ｔｆ（２）を用い、前述した（５）式に示す代数演算を行って補償温度Ｔｆ（２）を算出する処理が行われる。尚、ここで行われる代数演算は、前述した（５）式において、ｎ＝３とした場合の演算である。

以上の処理で算出された補償温度Ｔｆ（３）は、冷接点温度補償部１６から最新の補償温度Ｔｆとして出力される。以上の処理が終了すると、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒをメモリ１６ａに記憶させ、ステップＳ２４で算出された補償温度Ｔｆをメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２５，Ｓ２６）。つまり、つまり、冷接点センサ温度Ｔｒ（３）をメモリ１６ａに記憶させ、補償温度Ｔｆ（３）をメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる。

以下、第２回目処理及び第３回目処理と同様の処理（つまり、図６中のステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６の処理）が繰り返し行われる。尚、第ｎ回目処理の詳細は、以下の通りである。

《第ｎ回目処理》
処理が開始されると、まず冷接点センサ温度Ｔｒを取得する処理が冷接点センサ温度取得部１５で行われる（ステップＳ２１）。尚、ここで取得される冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）である。冷接点センサ温度取得部１５で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、冷接点温度補償部１６に入力され、最初のデータであるか否かが判断される（ステップＳ２２）。

ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒは、上述の通り、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）であるため、ステップＳ２２の判断結果は「ＮＯ」となる。すると、代数演算を行って補償温度Ｔｆを算出する処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２４：第３ステップ）。具体的には、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒ（冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ））、メモリ１６ａに記憶されている冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）、及びメモリ１６ｂに記憶されている補償温度Ｔｆ（ｎ－１）を用い、前述した（５）式に示す代数演算を行って補償温度Ｔｆ（ｎ）を算出する処理が行われる。

以上の処理で算出された補償温度Ｔｆ（ｎ）は、冷接点温度補償部１６から最新の補償温度Ｔｆとして出力される。以上の処理が終了すると、ステップＳ２１で取得された冷接点センサ温度Ｔｒをメモリ１６ａに記憶させ、ステップＳ２４で算出された補償温度Ｔｆをメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる（ステップＳ２５，Ｓ２６）。つまり、つまり、冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）をメモリ１６ａに記憶させ、補償温度Ｔｆ（ｎ）をメモリ１６ｂに記憶させる処理が冷接点温度補償部１６で行われる。

〈シミュレーション結果〉
図７は、シミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）は、周囲温度が変化したときの、冷接点センサ温度Ｔｒ、冷接点温度Ｔｊ、及び冷接点センサ温度Ｔｒと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｒ－Ｔｊ）の変化を示すシミュレーション結果である。これに対し、図７（ｂ）は、周囲温度が変化したときの、補償温度Ｔｆ（前述した（５）式を用いて求められる補償温度）、冷接点温度Ｔｊ、及び補償温度Ｔｆと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｆ－Ｔｊ）の変化を示すシミュレーション結果である。

図７に示すシミュレーション結果は、冷接点温度Ｔｊの一次遅れ要素の時定数τｊを１．１［ｓｅｃ］とし、冷接点センサ温度Ｔｒの一次遅れ要素の時定数τｒを１［ｓｅｃ］とし、時刻０［ｓｅｃ］において、周囲温度が１［℃］だけステップ状に変化した場合のものである。加えて、図７（ｂ）に示すシミュレーション結果は、サンプリング周期Δｔを０．１［ｓｅｃ］に設定した場合のものである。尚、冷接点Ｅ２は、例えば図３に示す一対の端子２３に接続されることから、冷接点センサ１４に比べて周囲温度に対する熱抵抗及び熱容量が大きいと考えられる。このため、時定数τｒよりも時定数τｊを大としている。

図７（ａ）を参照すると、冷接点センサ温度Ｔｒ及び冷接点温度Ｔｊは共に指数関数的に徐々に上昇する変化を示すが、時定数τｒ，τｊの相違から、冷接点温度Ｔｊよりも冷接点センサ温度Ｔｒの方が早く上昇しているのが分かる。このため、時刻０～５［ｓｅｃ］程度の間において、冷接点センサ温度Ｔｒと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｒ－Ｔｊ）が大きくなっていることが分かる。これに対し、図７（ｂ）を参照すると、補償温度Ｔｆは、冷接点温度Ｔｊとほぼ同様の変化を示しており、補償温度Ｔｆと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｆ－Ｔｊ）は、図７（ａ）に示す差（Ｔｒ－Ｔｊ）に比べて極めて小さくなっていることが分かる。つまり、前述した（５）式を用いて求められる補償温度Ｔｆと、冷接点温度Ｔｊとの間には過渡的な温度差がほぼ生じていないと言うことができる。

図８は、他のシミュレーション結果を示す図である。図８に示すシミュレーション結果は、図７（ｂ）に示すシミュレーション結果と同様に、周囲温度が変化したときの、補償温度Ｔｆ、冷接点温度Ｔｊ、及び補償温度Ｔｆと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｆ－Ｔｊ）の変化を示すシミュレーション結果である。但し、図８に示すシミュレーション結果は、サンプリング周期Δｔを長くして１［ｓｅｃ］に設定した場合のものである。

図８を参照すると、温度の上昇率が高い時刻０～２［ｓｅｃ］程度の間は、サンプリング周期Δｔが長くなった影響で、補償温度Ｔｆと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｆ－Ｔｊ）は、図７（ｂ）に比べて大きくなる。しかしながら、図８に示す差（Ｔｆ－Ｔｊ）は、図７（ａ）に示す差（Ｔｒ－Ｔｊ）に比べると十分小さいことが分かる。つまり、サンプリング周期Δｔが１０倍程度長くなっても、前述した（５）式を用いて求められる補償温度Ｔｆと、冷接点温度Ｔｊとの間の過渡的な温度差は十分に小さいということができる。

〈実測結果〉
図９は、本発明の一実施形態による温度測定装置の実測結果を示す図である。具体的に、図９は、温度測定装置１を恒温槽に入れ、恒温槽内の温度を変化させたときの、冷接点センサ温度Ｔｒと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｒ－Ｔｊ）、及び補償温度Ｔｆと冷接点温度Ｔｊとの差（Ｔｆ－Ｔｊ）の実測結果を示す図である。

図９に示す実測結果は、冷接点温度Ｔｊの一次遅れ要素の時定数τｊが０．７５［ｍｉｎ］、冷接点センサ温度Ｔｒの一次遅れ要素の時定数τｒが０．２５［ｍｉｎ］、サンプリング周期Δｔが１［ｍｉｎ］であり、恒温槽の温度を変化させる場合の温度変化率を１００［℃／ｈ］とした場合のものである。図９を参照すると、恒温槽の温度変化（温度上昇及び温度下降）が生ずる度に、差（Ｔｒ－Ｔｊ）、及び差（Ｔｆ－Ｔｊ）の何れもが大きくなっているが、差（Ｔｆ－Ｔｊ）は、差（Ｔｒ－Ｔｊ）に比べると十分小さいことが分かる。このため、温度測定装置１の冷接点温度補償部１６で実際に求められる補償温度Ｔｆと、冷接点温度Ｔｊとの間の過渡的な温度差は十分に小さいということができ、これによりの過渡的な温度差により発生する誤差を解消することができる。

以上の通り、本実施形態では、冷接点温度補償部１６が、冷接点センサ温度取得部１５で取得された最新の冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ）、冷接点センサ温度取得部１５で１周期前に取得されてメモリ１６ａに記憶されている冷接点センサ温度Ｔｒ（ｎ－１）、及び冷接点温度補償部１６で１周期前に求められてメモリ１６ｂに記憶されている補償温度Ｔｆ（ｎ－１）を用いた代数演算を行って、最新の補償温度Ｔｆ（ｎ）を求めようにしている。このため、従来よりも演算装置の負荷を低減しつつ、温度の測定が必要な測定点と温度センサの設置位置との過渡的な温度差により発生する誤差を解消することができる。

以上、本発明の実施形態による温度測定装置及び温度測定方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、冷接点センサ温度Ｔｒ及び冷接点温度Ｔｊは、周囲温度の変化に伴う温度変化に一次遅れが生ずるものとして説明したが、高次の遅れが生ずるものであっても良い。また、上記実施形態では、熱電対２を温度センサとする温度測定装置１を例に挙げて説明したが、温度を求める必要のある部位（第１部位）とは異なる部位（第２部位）に設置された温度センサの測定結果を用いて、上記第１部位の温度を求める必要のある温度測定装置に適用可能である。

１ 温度測定装置
２ 熱電対
１１ 接続端子
１２ 入力起電力取得部
１３ 温度差演算部
１４ 冷接点センサ
１５ 冷接点センサ温度取得部
１６ 冷接点温度補償部
１７ 測定温度演算部
１８ 出力部
Ｅ１ 測温接点
Ｅ２ 冷接点
ＰＬ１ 部位
ＰＬ２ 部位
Ｔｆ 補償温度
Δｔ サンプリング周期
τｒ 時定数
τｊ 時定数

Claims (7)

1. 温度を求める必要がある第１部位とは異なる第２部位に設置された温度センサと、
   前記温度センサの測定結果を、所定の周期で取得する第１取得部と、
   前記第１取得部で取得された最新の測定結果である第１温度、前記第１取得部で１周期前に取得された測定結果である第２温度、及び１周期前に求められた前記第１部位の温度である第３温度を用いた代数演算を行って、前記第１部位における最新の温度を求める温度算出部と、
   を備え、
   前記温度算出部は、前記第１温度、前記第２温度、及び前記第３温度と、周囲温度の変化に伴う前記第１部位における温度変化の一次遅れ要素の時定数である第１時定数、及び前記周囲温度の変化に伴う前記第２部位における温度変化の一次遅れ要素の時定数である第２時定数とを用いた代数演算を行って、前記第１部位における最新の温度を求める、
   温度測定装置。
2. 前記温度算出部は、前記第１温度、前記第２温度、及び前記第３温度と、前記第１時定数及び前記第２時定数と、前記所定の周期とを用いた代数演算を行って、前記第１部位における最新の温度を求める、請求項１記載の温度測定装置。
3. 前記温度算出部は、前記第１時定数、前記第２時定数、及び前記所定の周期から求められる第１係数と前記第１温度とを乗算して第１乗算値を求める第１演算、前記第１時定数、前記第２時定数、及び前記所定の周期から求められる第２係数と前記第２温度とを乗算して第２乗算値を求める第２演算、前記第１時定数及び前記所定の周期から求められる第３係数と前記第３温度とを乗算して第３乗算値を求める第３演算、並びに、前記第１乗算値、第２乗算値、及び前記第３乗算値を加算して前記第１部位における最新の温度を求める第４演算を行う、請求項２記載の温度測定装置。
4. 前記第１部位は、熱電対の冷接点が接続される接続端子が設けられている部位であり、
   前記第２部位は、前記第１部位に近接する部位であり、
   前記温度センサは、前記冷接点の温度を測定するために設けられた冷接点センサである、
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の温度測定装置。
5. 前記接続端子を介して入力される前記熱電対の起電力である入力起電力を前記所定の周期で取得する第２取得部と、
   前記第２取得部で取得された前記入力起電力を用いて、前記熱電対の測温接点と前記冷接点との温度差を求める第１演算部と、
   前記第１演算部で求められた最新の前記温度差と、前記温度算出部で求められた前記第１部位における最新の温度とを用いて、前記測温接点の温度を求める第２演算部と、
   を備える請求項４記載の温度測定装置。
6. 前記第２演算部で求められた前記測温接点の温度を出力する出力部を備える請求項５記載の温度測定装置。
7. 温度を求める必要がある第１部位とは異なる第２部位に設置された温度センサの測定結果を用いて前記第１部位における温度を求める温度測定方法であって、
   第（ｎ－１）時点（ｎは２以上の整数）で前記温度センサの測定結果を取得する第１ステップと、
   前記第（ｎ－１）時点から所定の時間が経過した第ｎ時点で、前記温度センサの測定結果を取得する第２ステップと、
   前記第２ステップで取得された測定結果である第１温度、前記第１ステップで取得された測定結果である第２温度、及び前記第（ｎ－１）時点において求められた前記第１部位の温度である第３温度を用いた代数演算を行って、前記第ｎ時点における前記第１部位の温度を求める第３ステップと、
   を有し、
   前記第３ステップは、前記第１温度、前記第２温度、及び前記第３温度と、周囲温度の変化に伴う前記第１部位における温度変化の一次遅れ要素の時定数である第１時定数、及び前記周囲温度の変化に伴う前記第２部位における温度変化の一次遅れ要素の時定数である第２時定数とを用いた代数演算を行って、前記第ｎ時点における前記第１部位の温度を求める、
   温度測定方法。

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