JPH0312248B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、温度測定方法に関するものであ
る。

〔従来技術とその問題点〕

従来から被測定物の温度を、サーミスタを使用
して測定する方法が知られている。

第４図は、サーミスタを使用した、従来の温度
測定方法の一例を示すブロツク図である。第４図
に示されるように、直流電源１は、ダミー抵抗２
を介してサーミスタ３に一定の大きさの直流電流
を供給する。そして、リニアライザ４は、サーミ
スタ３の温度とサーミスタ３からの出力電圧E_sと
の関係が線形になるように前記出力電圧E_sを補正
する。即ち、サーミスタ３の抵抗値とサーミスタ
３の温度とは、第７図に示されるように対数関係
にあるので、サーミスタ３からの出力電圧E_sとサ
ーミスタ３の温度とは、極端な非線形の関係とな
る。従つて、被測定物の温度を正確に測定するこ
とができない。そこで、リニアライザ４は、前記
出力電圧E_sとサーミスタ３の温度との関係が線形
になるように前記出力電圧E_sを補正する。

このように構成されている、従来の温度測定方
法においては、直流電源１から所定の直流電流が
ダミー抵抗２を介してサーミスタ３に供給される
と、サーミスタ３の両端間には、サーミスタ３の
抵抗値に対応した出力電圧E_sが現われる。前記出
力電圧E_sは、リニアライザ４に印加され、これに
よつて、出力電圧E_sとサーミスタ３の温度との関
係が線形に補正される。従つて、前記出力電圧E_s
からサーミスタ３が取り付けられた被測定物の温
度が測定される。

しかし、上述した、従来の温度測定方法には、
次の問題がある。

(1) サーミスタの温度とサーミスタからの出力電
圧との関係を線形に補正するために、リニアラ
イザを用いる必要があるので、回路構成が複雑
となる。

(2) サーミスタに直流電源からの電流が流れる
と、自己発熱作用によつてサーミスタの温度が
上昇して温度精度が低下する。前記自己発熱作
用によるサーミスタの温度上昇を小さくするた
めに、サーミスタに供給する電流の値を小さく
すると温度の測定感度が低下してＳ／Ｎ比が悪
くなる。

(3) リニアライザとして、入力信号と出力信号と
が対数関係にある対数増幅器を使用すると、一
般に対数増幅器は、入力信号と出力信号との関
係を非線形にするためにトランジスタやダイオ
ード等の非線形特性を利用しているので、対数
増幅器の前記出力信号特性が対数増幅器の温度
変化によつて変化すると、温度の測定精度が低
下する。

そこで、本願発明者等は、上述した問題点を
解決するための方法として、以下に説明する。
サーミスタを使用した温度測定方法（以下、先
行技術という）を提案した。以下に先行技術を
図面を参照しながら説明する。

第５図は、先行技術のブロツク図である。第５
図に示されるように、直流電源５は、後述する差
動増幅器に基準電圧E₁を印加する。なお、直流
電源５の代りに交流電源を使用しても良い。そし
て、差動増幅器６は、負帰還回路および正帰還回
路を有する。負帰還回路は、差動増幅器６の
（−）側の入力端子と差動増幅器６の出力端子と
の間に接続された負帰還用抵抗７と、差動増幅器
６の（−）側の入力端子と直流電源５との間に接
続された負帰還用抵抗８とからなる。そして、正
帰還回路は、差動増幅器６の出力端子と差動増幅
器６の（＋）側の入力端子との間に直列に接続し
たサーミスタ９および正帰還用抵抗１０と、差動
増幅器６の（＋）側の入力端子と大地との間に接
続された正帰還用抵抗１１とからなる。

このように構成されている、先行技術において
は、直流電源５から基準電圧E₁を差動増幅器６
に印加すると、差動増幅器６の出力電圧E₀は、
下記(1)，(2)および(3)式から、下記(4)式のように表
示される。

（E₁−E_f1）／R₂≒（E_f1−E₀）／R₁ …(1) E_f2≒R₄・E₀／（R_s＋R₃＋R₄） …(2) E_f2≒E_f1 …(3) E₀≒−E₁・Ｎ／１−（１＋Ｎ）β …(4) 但し、上記(1)，(2)，(3)および(4)式において、 E₁：基準電圧、 E₀：差動増幅器６の出力電圧、 E_f1：差動増幅器６の（−）側の入力端子の電
圧、 E_f2：差動増幅器６の（＋）側の入力端子の電
圧、 R₁：負帰還用抵抗７の抵抗値、 R₂：負帰還用抵抗８の抵抗値、 R_s：正帰還回路に接続されたサーミスタ９の
抵抗値、 R₃：正帰還用抵抗１０の抵抗値、 R₄：正帰還用抵抗１１の抵抗値、 Ｎ：正帰還がない場合の差動増幅器６の増幅度
（R₁／R₂）、 β：差動増幅器６の正帰還率 （R₄／（R_s＋R₅＋R₄））。

上記(4)式から明らかなように、増幅度Ｎおよび
正帰還率βをそれぞれ所定の大きさに設定する
と、差動増幅器６の出力電圧E₀は、サーミスタ
９の抵抗値R_sに対応して変化する。

そこで、サーミスタ９の温度を所定の温度に維
持し、上記増幅度Ｎまたは正帰還率βの少なくと
も１つを、差動増幅器６の出力電圧E₀が増大す
るように調整する。これによつて、差動増幅器６
の出力電圧E₀と正帰還率βとは、第６図に示さ
れるように、正帰還率βの増加に判つて出力電圧
E₀が非線形状に増大する関係となる。前記出力
電圧E₀と前記正帰還率βとの前述した関係によ
つて、出力電圧E₀とサーミスタ９の温度との関
係が線形に補正される。

これについて更に説明すると、サーミスタ９の
抵抗値R_sとサーミスタ９の温度とは、第７図に
示したような対数関係にある。即ち、サーミスタ
９の温度変化に対するサーミスタ９の低抗値の変
化率は、サーミスタ９の温度が高くなる程、小さ
くなり、一方、サーミスタ９の温度が低くなる
程、大きくなる。しかし、差動増幅器６の出力電
圧E₀と正帰還率βとの関係を第６図に示される
関係、即ち、正帰還率βの増大に伴つて前記出力
電圧E₀が対数的に増大する関係にすれば、前記
出力電圧E₀とサーミスタ９の温度との関係を第
８図に示されるように線形に補正することができ
る。

差動増幅器６の出力電圧E₀とサーミスタ９の
温度との関係を線形にするには、サーミスタ９を
所定の温度に維持し、正帰還率βを所定値に設定
する。そして、差動増幅器６の出力電圧E₀が、
予め演算した。サーミスタ９が前記所定の温度の
ときの差動増幅器６の出力電圧に等しくなるよう
に、増幅器Ｎの値を調整する。

以上説明したように、上述した先行技術によれ
ば、以下の効果がもたらされる。

(1) 従来のように、サーミスタの温度とサーミス
タからの出力電圧との関係を線形に補正するた
めのリニアライザを使用しないので、回路構成
が簡素化される。

(2) 温度の測定感度が非常に高いので、サーミス
タに流す電流を微小に設定することができる。
このために、自己発熱によるサーミスタの温度
上昇が無視できるので、温度の測定精度が大幅
に向上する。

(3) 差動増幅器の出力電圧を線形素子（抵抗）の
みで線形化しているので、従来の方法のように
トランジスタやダイオード等の非線形素子から
なるリニアトライザによつて前記出力電圧をを
線形化する場合に比べて、温度の精定精度が向
上する。

しかし、上述した先行技術には、次の問題点が
ある。

(1) 測定感度とバイアス電圧E′₀とを独立して調
整することができないので、バイアス電圧E′₀
を変えることを測定感度が変化し、測定感度を
変えるとバイアス電圧E′₀が変化する。従つて、
サーミスタ９が基準温度のときの差動増幅器１
３からの出力電圧E₀を0Vに設定することがで
きない。なお、前記測定感度とは、サーミスタ
９の温度変化に対する差動増幅器１３からの出
力電圧E₀の変化の割合であり、バイアス電圧
E′₀とは、サーミスタ９の基準温度のときの差
動増幅器１３からの出力電圧（第８図参照）で
ある。

(2) 測定感度とバイアス電圧E′₀とを独立して調
整することができないので、増幅度Ｎを大きい
値に設定すると、バイアス電圧E′₀が増加して
サーミスタ９の温度がわずかに上昇しただけで
出力電圧E₀が飽和する。従つて、温度の測定
範囲が極めて狭くなる。

〔発明の目的〕

従つて、この発明の目的は、測定感度とバイア
ス電圧とを独立して調整することができる温度測
定法を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、負帰還回路および正帰還回路を有
する差動増幅器１３の（−）側の入力端子に負帰
還用抵抗１５を介して基準電圧E₁を印加し、前
記正帰還回路に接続されたサーミスタ１７の温度
変化に対応して変化する前記差動増幅器１３から
の出力電圧E₀によつて、被測定物の温度を測定
する方法において、 前記出力電圧E₀を倍率器１６によつて（Ｋ）
倍に変換して前記サーミスタ１７に印加し、そし
て、前記差動増幅器１３の（ｔ）側の入力端子に
正帰還用抵抗１８を介して感度調整用電圧E₂を
印加し、かくして、前記基準電圧E₁によつて前
記出力電圧E₀のバイアス電圧E′₀を、そして、前
記感度調整用電圧E₂によつて測定感度を調整可
能としたことに特徴を有する。

〔発明の構成〕

この発明の一実施態様を図面を参照しながら説
明する。

第１図は、この発明の一実施態様のブロツク図
である。第１図に示されるように、第１直流電源
１２は、後述する差動増幅器に基準電圧E₁を印
加する。なお、第１直流電源１２は、交流電源で
あつても良い。差動増幅器１３は、負帰還回路お
よび正帰還回路を有する。前記負帰還回路は、差
動増幅器１３の（−）側の入力端子と差動増幅器
１３の出力端子との間に接続された負帰還用抵抗
１４と、差動増幅器１３（−）側の入力端子と第
１直流電源１２との間に接続された負帰還用抵抗
１５とからなる。前記正帰還回路は、差動増幅器
１３の出力端子と差動増幅器１３の（＋）側の入
力端子との間に設けられた倍率器１６およびサー
ミスタ１７と、差動増幅器１３（＋）側の入力端
子と後述する第２直流電源との間に接続された正
帰還用抵抗１８とからなる。倍率器１６は、差動
増幅器１３からの出力電圧E₀を所定電圧に降下
させてサーミスタ１７に印加し、サーミスタ１７
が自己発熱することを防止する。そして、第２直
流電源１９は、正帰還回路に所定の直流電圧を印
加して、測定感度を調整する。なお、第２直流電
源１９は、交流電源であつても良い。

このように構成されている、この発明の一実施
態様においては、第１直流電源１２から基準電圧
E₁を差動増幅器１３に印加すると、差動増幅器
１３の出力電圧E₀は、下記５，６および７から、
下記８式のように表示される。

R₅（E₁E_f1）≒R₆（E_f1−E₀） …(5) R_s（E₂−E_f2）＝R₇（E_f2−KE₀） …(6) E_f2≒E_f1 …(7) E₀≒−R₅E₁＋（R₅＋R₆）｛R₇E₂／（R₇
＋R_s）｝／R₆−（R₅＋R₆）｛KR₇／（R₇＋R_s）｝ ≒−NE₁＋（１＋Ｎ）｛R₇E₂／（R₇＋R
_s）｝／１−（１＋Ｎ）Kβ…(8) 但し、上記(5)，(6)，(7)および(8)式において、 E₁：第１直流電源１２からの基準電圧、 E₂：第２直流電源１９からの感度調整用電圧、 E₀：差動増幅器１３の出力電圧、 E_f1：差動増幅器１３の（−）側の入力端子の
電圧、 E_f2：差動増幅器１３の（＋）側の入力端子の
電圧、 R₅：負帰還用抵抗１４の抵抗値、 R₆：負帰還用抵抗１５の抵抗値、 R₇：正帰還用抵抗１８の抵抗値、 R_s：サーミスタ１７の抵抗値、 Ｎ：正帰還がない場合の差動増幅器１３の増幅
度（R₅／R₆）、 β：差動増幅器１３の正帰還率 （R₇／（R_s＋R⁷））、 Ｋ：倍率器１６の定数。

上記(8)式から明らかなように、サーミスタ１７
を基準温度に維持し、増幅度Ｎ、正帰還用抵抗１
８の抵抗値R₇および第２直流電源１９からの感
度調整用電圧E₂をそれぞれ所定値に設定すると、
第１直流電源１２からの基準電圧E₀の値を調整
することによつて、差動増幅器１３からの出力電
圧E₀を0Vに設定することができる。即ち、サー
ミスタ１７が基準温度のときの差動増幅器１３か
らの出力電圧E₀を0Vに設定することができる。

このようにして、出力電圧E₀のバイアス電圧
を0Vに設定したら、差動増幅器１３からの出力
電圧E₀が、サーミスタ１７が所定温度のときの
差動増幅器１７からの、予め演算した出力電圧に
等しくなるように、倍率器１６の定数Ｋの値を設
定する。これによつて、サーミスタ１７の温度と
差動増幅器１３からの出力電圧E₀との関係を線
形にすることができる。

第２図に、倍率器１６の定数Ｋを0.15、第１直
流電源１２からの基準電圧E₁を−0.218V、およ
び、第２直流電源１９からの感度調整用電圧E₂
を−0.363Vに設定したきのサーミスタ１７の温
度と差動増幅器１３からの出力電圧E₀との関係
を示す。

第２図から明らかなように、サーミスタ１７が
基準温度（25℃）のときの差動増幅器１３からの
出力電圧E₀は、0Vであり、サーミスタ１７の温
度と差動増幅器１３からの出力電圧E₀との関係
は、線形である。

第２図に示した例においては、25℃から80℃の
温度が0Vから5Vの電圧で表示されているが、測
定感度を２倍にするには、即ち、前記温度を0V
から10Vの電圧で表示するには、第２直流電源１
９からの感度調整用電圧E₂の値を２倍、即ち、
0.726Vに設定し、そして、この状態でバイアス
電圧を0Vに設定するために、第１直流電源１２
からの基準電圧E₁の値を２倍、即ち、−0.436Vに
設定する。このようにして、測定感度を２倍にし
たときのサーミスタ１７の温度と差動増幅器１３
からの出力電圧E₀との関係を第２図中点線で示
す。

第３図に、測定感度およびバイアス電圧E′₀を
同時に調整することができる、この発明の他の実
施態様にブロツク図を示す。

第３図に示された、この発明の他の実施態様
は、第１図に示した発明の一実施態様において、
第１直流電源１２を省略し、第２直流電源１９と
負帰還用抵抗１５との間に倍率器２０を接続した
点が第１図に示した発明と異なる。

前記(8)式において、サーミスタ１７を基準温度
に維持し、増幅度Ｎ、第２直流電源１９からの感
度調整用電圧E₂および差動増幅器１３の正帰還
率βを所定の値に設定すると、差動増幅器１３か
らの出力電圧E₀を0Vにするための基準電圧E₁は、
自ずから決まる。

そこで、第２直流電源１９からの感度調整用電
圧E₂を倍率器２０によつて（Ｍ）倍し、このよ
うにして得られた電圧ME₂を差動増幅器１３の
（−）側の入力端子に負帰還用抵抗１５を介して
印加する。

倍率器２０の定数Ｍは、サーミスタ１７が基準
温度のときに、前記(8)式の分子が０になる値、即
ち、 Ｍ＝１／（１＋１／Ｎ）β …(9) に設定する。

これによつて、サーミスタ１７の温度と差動増
幅器１３からの出力電圧E₀との関係を線形にす
ることができると共に、バイアス電圧E′₀および
測定感度を同時に調整することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、測定
感度とバイアス電圧とを独立して調整することが
できるので、測定感度を変えてもサーミスタが基
準温度のときの差動増幅器からの出力電圧E₀を
0Vに設定することができ、かつ、増幅度Ｎを大
きい値に設定しても温度の測定範囲が狭まること
がないといつた有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様のブロツク
図、第２図は、この発明の一実施態様によるサー
ミスタの温度と差動増幅器からの出力電圧との関
係を示すグラフ、第３図は、この発明の他の実施
態様を示すブロツク図、第４図は、従来の温度測
定方法のブロツク図、第５図は、先行技術の温度
測定方法のブロツク図、第６図は、先行技術にお
ける差動増幅器の出力電圧E₀と正帰還率βとの
関係を示すグラフ、第７図は、先行技術における
サーミスタの抵抗値R_sとサーミスタの温度との
関係を示すグラフ、および、第８図は、先行技術
における差動増幅器の出力電圧E₀とサーミスタ
の温度との関係を示すグラフである。 １…直流電源、２…ダミー抵抗、３…サーミス
タ、４…リニアライザ、５…直流電源、６…差動
増幅器、７，８…負帰還用抵抗、９…サーミス
タ、１０，１１…正帰還用抵抗、１２…第１直流
電源、１３…差動増幅器、１４，１５…負帰還用
抵抗、１６…倍率器、１７…サーミスタ、１８…
正帰還用抵抗、１９…第２直流電源、２０…倍率
器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 負帰還回路および正帰還回路を有する差動増
   幅器１３の（−）側の入力端子に負帰還用抵抗１
   ５を介して基準電圧E₁を印加し、前記正帰還回
   路に接続されたサーミスタ１７の温度変化に対応
   して変化する前記差動増幅器１３からの出力電圧
   （E₀）によつて、被測定物の温度を測定する方法
   において、 前記出力電圧E₀を倍率器１６によつて（Ｋ）
   倍に変換して前記サーミスタ１７に印加し、そし
   て、前記差動増幅器１３の（＋）側の入力端子に
   正帰還用抵抗１８を介して感度調整用電圧E₂を
   印加し、かくして、前記基準電圧E₁によつて前
   記出力電圧E₀のバイアス電圧E′₀を、そして、前
   記感度調整用電圧E₂によつて測定感度を調整可
   能としたことを特徴とする温度測定方法。 ２ 前記感度調整用電圧E₂を倍率器２０を介し
   て（Ｍ）倍に変換し、前記（Ｍ）は、 Ｍ＝１／（１＋１／Ｎ）β 但し、Ｎ：差動増幅器１３の増幅度（R₅／R₆）
   （R₅：前記差動増幅器１３の（−）側の入力
   端子と前記差動増幅器１３の出力端子との間
   に接続された負帰還用抵抗１４の抵抗値、
   R₆：前記負帰還用抵抗１５の抵抗値）、 β：差動増幅器１３の正帰還率（R₇／（R_s＋
   R₇）（R₇：前記正帰還用抵抗１８の抵抗値、
   R_s：前記サーミスタ１７の抵抗値） で表わされ、このようにして得られた電圧ME₂
   を前記基準電圧E₁とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。