JPH09986A - 遠心分離機の温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、温度センサの測温出力をデ
ジタル量に変換してｃｐｕで温度制御する遠心分離機に
おいて、測温出力をデジタル変換する部分の誤差を基準
信号発生器を用いて自動的に補正し、校正作業を容易に
すると共に校正を高精度に実施することである。 【構成】 ロータ６４に入れた試料を任意の温度に制御
するために温度センサ１とこれらの温度センサの測温出
力を増幅回路８２と、この増幅回路８２の出力を読み込
み演算処理するｃｐｕ６と、このｃｐｕ６が増幅回路８
２の出力を測温値として温度に換算するデータを書き込
んだＲＯＭ２１と、基準信号発生器２、３と温度センサ
１の間で接続を切り換える切換器８と、ｃｐｕ６がデー
タを書き込み保存し後参照するためのメモリ２２を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度センサの側温出力
をデジタル量に変換してｃｐｕで温度制御する遠心機に
おいて、特に測温出力をデジタル変換する部分の誤差を
自動的に補正する機能を備えた遠心分離機の温度制御装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温度センサの測温出力を基にロータに入
れた試料を任意の温度に高精度に制御する場合、温度セ
ンサと増幅回路、Ａ／Ｄ変換器等の測定回路を構成する
夫々のデバイスの誤差の累積により温度制御精度が低下
する。

【０００３】このため、温度センサ及び測定回路の温度
制御装置全体を校正し制御精度を向上させる方法として
先に本件出願人が出願した実願平５−７０５６０号に記
載のように、温度センサを温度槽に入れ誤差を除去する
方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のこの方法では、
温度センサ或いは測定回路が故障した場合、遠心機が稼
動中の設置先でデバイスの交換は可能であるが、デバイ
ス交換後の校正作業として温度槽を用いることは極めて
困難であり、メンテナンス性に問題があった。

【０００５】従って温度センサとして例えば高精度なサ
ーミスタ等を用いることにより、温度センサ自体の誤差
が無視可能な温度制御装置とすることにより上記の問題
は解消されるので、残る増幅回路、Ａ／Ｄ変換器等の測
定回路の誤差の除去方法として、従来、温度センサを一
旦制御基板からはずし、一方制御基板に実装されている
温度センサの各校正温度に相当する抵抗値を基準抵抗器
等でアナログスイッチを介して択一選択し、測定回路に
入力する校正回路を動作させて校正作業を行う方法が取
られていた。しかし、この方法では、温度センサをはず
すのに遠心分離機のカバー類を取りはずす必要があり作
業の手間が多く、またアナログスイッチの内部抵抗が校
正誤差として残留するため校正が高精度に実施できない
等の欠点があった。

【０００６】本発明の目的は、上記した従来技術の欠点
を排除した遠心分離機の温度制御装置を提供することで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ロータに入
れた試料を任意の温度に制御するためにボウル部、遠心
モータ軸受部、制御基板部等にサーミスタ等の測温抵抗
体となる温度センサを配置し、これらの温度センサの測
温出力を電圧に変換する電圧変換回路と、この回路の電
圧出力をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ
／Ｄ変換器の出力デジタル量を読み込み演算処理するマ
イクロコンピュータと、このマイクロコンピュータが上
記Ａ／Ｄ変換器の出力デジタル量を上記電圧変換回路及
びＡ／Ｄ変換器の誤差を含まない温度センサの測温値と
して温度に換算するデータを書き込んだＲＯＭと、上記
温度センサの各校正温度に相当する抵抗値を持つ基準抵
抗器と、上記電圧変換回路に対して信号入力源を上記基
準抵抗器と温度センサの間で接続を切り換えるリレー、
アナログマルチプレクサ等から成る切換器と、上記マイ
クロコンピュータが基準抵抗器によるＡ／Ｄ変換器の出
力デジタル量を校正値として書き込み保存し後参照する
ためのＥＥＰＲＯＭ、バッテリーバックアップメモリ等
の不揮発性メモリを設けることにより達成される。

【０００８】

【作用】上記のように構成された遠心分離機の温度制御
装置は、マイクロコンピュータがまず切換器を動作させ
て電圧変換回路の信号出力を信号入力源として基準抵抗
器側を選択し、この基準抵抗器により温度センサの所定
の校正温度に対応したデジタル量をＡ／Ｄ変換器から読
み込み、切換器の内部抵抗値による誤差を含む電圧変換
回路及びＡ／Ｄ変換器に起因する誤差を含んだ温度セン
サの測温値を認識し、更にその値を不揮発性メモリに格
納記憶し、この格納記憶したデジタル量と誤差を含まな
い理想的な測温値としてあらかじめ格納してあるＲＯＭ
内のデジタル量とを比較補正し、温度制御装置の測定温
度の校正データを作成し、しかる後切換器を動作させて
電圧変換回路の信号入力源として温度センサ側を選択
し、上記校正された測温データに基づきロータに入れた
試料を任意の温度に制御するように動作する。

【０００９】

【実施例】本発明の具体的実施例を図面に基づいて以下
説明する。

【００１０】図１において、１は遠心分離機のボウル部
の温度を測定するために設けられたサーミスタ等の高精
度な温度センサ、２はサーミスタ１の例えば３０Ｋの温
度における抵抗値に相当する値を持つ基準信号発生器と
なる基準抵抗器、同様にして３はサーミスタ１の例えば
−２０Ｋの温度に相当する値を持つ基準抵抗器であり、
４は抵抗電圧変換器、５は抵抗電圧変換器４の差動出力
を増幅する差動増幅器、６はＡ／Ｄ変換器７を内蔵した
マイクロコンピュータ（以下ｃｐｕと略記する）であ
り、抵抗電圧変換器４と差動増幅器５で電圧変換回路５
０を構成する。電圧変換回路５０及びＡ／Ｄ変換器７を
合わせて増幅回路８２で表す。８は抵抗電圧変換器の入
力信号源をｃｐｕ６の制御線９によりサーミスタ１、基
準抵抗器２、３の間で選択し接続を切換え可能なリレ
ー、アナログスイッチ、アナログマルチプレクサ等から
成る切換器であり、切換器８の出力信号線を１０、差動
増幅器５の＋、−入力信号線をそれぞれ１１、１２、出
力信号線を１３で示す。同様にして６２、６３はそれぞ
れ上記と同様の構成になる遠心モータ駆動部、外気温を
測るため制御基板部の温度を測定する温度センサであ
り、１４、１５はそれぞれ温度センサ６２、６３の温度
センサ回路でありその出力信号線をそれぞれ１６、１７
で示す。なおｃｐｕ６による温度センサ回路１４、１５
の切換器の接続切換制御線を１８で示す。１９はＡ／Ｄ
変換器７の入力信号線２０に対して温度センサ回路の出
力信号線１３、１６、１７を選択する切換器８と同様の
機能を持つ同種の切換器であり、接続の切り換えは制御
線９によってｃｐｕ６により行われる。２１はｃｐｕ６
がＡ／Ｄ変換器７の出力デジタル量をそれぞれ対応した
温度センサの測温値として温度に換算するデータ、その
他ｃｐｕ６の処理手順が書き込まれているＲＯＭであ
り、２２はＥＥＰＲＯＭ或いはバッテリーバックアップ
スタティックＲＡＭ等から成る不揮発生の性質を持たせ
ると好ましいメモリ、２３はＲＡＭであり、ｃｐｕ６が
読み書きが可能なようにコントロールバスライン２４で
相互に接続されている。

【００１１】２５はロータに入れた試料を任意の温度に
冷凍、加熱可能なペルチェ素子等から成るサーモモジュ
ールであり、２６はサーモモジュール２５のドライブ回
路、２７はドライブ回路２６とｃｐｕ６の間に介して設
けられたインタフェイス回路であり、２８、２９はそれ
ぞれサーモモジュール２５の電流供給線、３０、３１、
３２、３３はそれぞれドライブ回路２６を構成する電力
制御素子のゲートドライブ線、３４、３５、３６はそれ
ぞれｃｐｕ６からインタフェイス回路２７に出力される
加熱信号出力線、冷凍信号出力線、パルス幅制御（以下
ＰＷＭ制御と略記する）信号出力線である。

【００１２】ｃｐｕ６において、７９はｃｐｕ６に内蔵
されているプログラマブルタイマ、８０はタイマ７９の
信号出力線であり、この信号線はＰＷＭ制御信号出力線
３６となりｃｐｕ６から出力される。８１はＰＷＭ制御
の基準クロックとなる発振器であり、ｃｐｕ６の演算処
理指令によりタイマ７９から出力される一定周期のパル
ス出力の中の「１」の区間が変えられ、サーモモジュー
ルの加熱、冷凍動作の強弱が調整されるようになってい
る。

【００１３】図２において、図１と同一の機能部分には
同一の番号が符してあり、電圧変換回路全体を５０で示
し、３７、３８、３９はそれぞれ抵抗電圧変換器４を構
成するためブリッジ接続された抵抗器、４０は抵抗電圧
変換器４の出力電圧範囲及び出力電圧の直線性を改善す
るための抵抗器、４１はノイズ吸収用積分コンデンサで
あり、４２、４３はそれぞれ差動増幅器５の＋入力信号
線及び−入力信号線の入力インピーダンスを高めるイン
ピーダンス変換アンプであり、４４は差動増幅器、４
５、４６、４７、４８はそれぞれ差動増幅器４４の反
転、非反転入力端に接続された差動増幅用抵抗器であ
り、４９は差動増幅器４４の信号出力端に設けられた出
力保護用抵抗器、５１はＡ／Ｄ変換器７に過大な電圧が
印加されこれが破壊するのを防止するための電圧クリッ
プ用ツェナーダイオードである。

【００１４】図３において、図１と同一の機能部分には
同一の番号が符してあり、サーモモジュール２５のドラ
イブ回路２６は例えばトランジスタ、ＦＥＴ等のスイッ
チング素子５２、５３、５４、５５から成る直流電圧源
ＤＣＶに電源を接続されたＨブリッジ回路により構成さ
れ、サーモモジュール２５に対してトランジスタ５２及
び５５の組でオンすることにより電流供給線２８から２
９に向かう向きに電流が流れるとサーモモジュール２５
は加熱動作となり、逆にトランジスタ５４及び５３の組
でオンすることによりサーモモジュール２５は冷凍動作
となり、インタフェイス回路２７において、５６、５
７、５８、５９はそれぞれトランジスタ５２、５５、５
３、５４のドライバであり、アンドゲート６０の論理
「１」出力によりドライバ５６及び５７を介してトラン
ジスタ５２及び５５が駆動されてオンし、一方アンドゲ
ート６１の論理「１」出力によりドライバ５８及び５９
を介してトランジスタ５４及び５３が駆動されてオン
し、ｃｐｕ６から加熱信号出力線３４が論理「１」出力
時にＰＷＭ制御信号出力線３６のパルス幅制御出力の大
きさによりサーモモジュール２５の加熱動作の強弱が調
節され、また、同様にして冷凍信号出力線３５が論理
「１」出力時にＰＷＭ制御信号出力線３６によりサーモ
モジュール２５の冷凍動作の強弱が調節されるようにな
っている。

【００１５】図４において、図１と同一の機能部分には
同一の番号が符してあり、６４は試料を遠心分離するた
めのロータ、６５はロータ６４を回転させるフレキシブ
ルシャフト、６６はフレキシブルシャフト６５を回転駆
動する誘導電動機等から成る遠心モータ、６７はモータ
６６の軸受、６８はモータ６６を保持するハウジング、
６９はシャフトケース、７０はプレートであり、７１は
プレート７０に対してシャフトケースを気密弾性を保ち
つつ吊下げるためのベローズ、７２はチャンバ、７３は
ボウル、７４はロータ６４を出し入れするためのドアで
あり、７５はチャンバ７２、べローズ７１、ハウジング
６８の内部を真空に排気するための真空ポンプであり、
サーモモジュール２５はボウル７３の底面に密着させ取
り付けられ、その近傍には遠心分離機のボウル７３部の
温度を測定するための温度センサ１が設けられ、６２は
遠心モータ６６の駆動部の温度を測定するためのセン
サ、外気温を測定する温度センサ６３は温度制御装置類
を搭載する基板７６上に配置される。７７はロータ６４
の底面に取り付けられたマグネット、７８はマグネット
７７の回転に伴う信号を検出するロータ６４の回転数検
出センサである。

【００１６】上記の構成になる遠心分離機の温度制御装
置の動作について説明する。

【００１７】電圧変換回路５０は、抵抗電圧変換器４の
プルアップ電圧ＶＣＣ、差動増幅器５の増幅誤差、Ａ／
Ｄ変換器７のＡ／Ｄ変換のフルスケール値を定めるプル
アップ電圧ＡＶＣＣ、その他これらの回路を構成する抵
抗器の誤差により機体ごとの誤差を持つことになる。

【００１８】ｃｐｕ６は図６に示すフローに従ってＲＯ
Ｍ２１にあらかじめプログラムされた処理手順にしたが
って演算処理を行い、処理２０２、２０３により切換器
の制御線９により切換器１９及び８を動作させ、まず基
準抵抗器２及び３による電圧変換回路５０の校正を行
う。

【００１９】処理２０４により基準抵抗器２を選択した
状態でＣＰＵ６がＡ／Ｄ変換器７の入力信号２０の電圧
入力に対応するデジタル量として、例えば温度センサ１
の３０Ｋの温度に相当するデジタル量ＶＤ１を読み込み
不揮発性メモリ２２に格納記憶する。しかる後に処理２
０５、２０６により同様にして切換器の制御線９により
切換器８を動作させ基準抵抗器３を選択接続した状態で
例えば温度センサ１の−２０Ｋの温度に相当するデジタ
ル量ＶＤ２を読み込み不揮発性メモリ２２に格納記憶す
る。これらの処理が終了し電圧変換回路５０の校正デー
タを採取し終わると、処理２０９により校正済であるこ
とを示すフラグを不揮発性メモリ２２にセットする。次
に処理２１０により上記のＶＤ１、ＶＤ２を不揮発性メ
モリ２２から読み出すと共に図７に示すようなあらかじ
め電圧変換回路５０及びＡ／Ｄ変換器７のフルスケール
誤差を含まない理想的な測温値としてＲＯＭ２１内に格
納されている測温値データテーブルからＶＤ１、ＶＤ２
に対応するデジタル量ＶＤ３、ＶＤ４を読み出し、処理
２１１により、例えば下記の直線補正式により、メモリ
２１内の各温度Ｔに対する補正測温値ΔＴを計算しこの
値をＲＯＭ２１の測温値に加算し、その結果をＲＡＭ２
３に校正された測温値データテーブルとして格納し、温
度制御を実行する際のケーブルとする。

【００２０】

【数１】

【００２１】上記の結果を図５にグラフで示す。

【００２２】なお、上記実施例では基準抵抗器２、３を
上記説明のように３０Ｋ、−２０Ｋの２点校正としてい
るが、３０Ｋのみの一点校正或いは、上記に加えて０
Ｋ、１０Ｋの校正温度を追加し、補正も直線に依らず高
次の曲線補正を行うことも可能であることは明白であ
る。また、処理２０２から２０６の温度センサ１の処理
に対応する温度センサ６２、６３の処理は同様であり、
それぞれ処理２０７、２０８で示し、同様にして、処理
２１０、２１１内に上記と同様に温度センサ６２、６３
に対する処理も含めるとする。

【００２３】処理２１２から２１６はＲＡＭ２３上の校
正データを用いた温度制御に関するｃｐｕ６の演算処理
手順を示したものであり、処理２１２により切換器１９
を遂次切り換え温度センサ１、６２及び６３に基づく出
力信号を出力信号線１３、１６及び１７からＡ／Ｄ変換
器７を介してデジタル量として読み込み、ＲＡＭ２３の
それぞれの温度センサに対応する校正データからそれぞ
れの測温値を求める。この時ＲＡＭ２３の校正データは
離散的なデータであるから、直線補間或いは曲線補間に
より測温値から温度を算出する。次に処理２１３におい
て、例えば下記の計算式を用いて制御目標温度を算出す
る。

【００２４】

【数２】

【００２５】従って式１０１のＴＲが温度センサ１の温
度ＴＢＬに等しくなるように処理２１４によりＰＩＤ演
算によりサーモモジュール２５に供給される電力の大き
さと印加電流の向きを調節し温度制御を行い、ＰＩＤ演
算は例えば下記の計算式を用いる。

【００２６】

【数３】

【００２７】処理２１５においては、式１０２の演算に
より求められたＴPWMの絶対値をタイマ値としてタイマ
７９に書き込み、ＴPWMの符号に対応して、ＴPWMが正な
らば加熱信号出力線３４を論理「１」にしサーモモジュ
ール２５を加熱動作とし、逆にＴPWMが負ならば冷凍信
号出力線３５を論理「１」にしサーモモジュール２５を
冷凍動作とする。図８にPWM制御の様子を示し、一定なP
WM１周期中におけるタイマ７９の出力により論理「１」
の区間がタイマ値により変更され、サーモモジュール２
５の加熱もしくは冷凍の度合が調節される。処理２１６
は処理２１２〜２１５の処理タイミングを図８のPWM１
周期に同期させるためのタイミング調整処理である。

【００２８】さて、処理２００は校正動作を行わせるた
めの判断であり、図示しないパネルキー等の操作により
校正処理２０２以下が自動的に実施されることが判か
り、またパネルキーを操作しない状態では判断２００の
処理では判断２０１に分岐し、この時校正が終了してい
れば以前の校正処理の中で処理２０９にて既にメモリ２
２に校正済フラグがセットされているから処理２１０に
分岐し不揮発性メモリ２２の校正データ、ＲＯＭ２１の
誤差を含まない温度テーブルによりＲＡＭ２３上に校正
データを作成し、しかる後温度制御が行われるようにな
っている。またこの時、校正を終了していなければ校正
動作完了後に温度制御が行われる。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、温度センサの測温出力
を電圧に変換する電圧変換回路と、この回路の電圧出力
をデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変
換器の出力デジタル量を読み込み演算処理するマイクロ
コンピュータと、このマイクロコンピュータが上記Ａ／
Ｄ変換器の出力デジタル量を上記電圧変換回路及びＡ／
Ｄ変換器の誤差を含まない温度センサの測温値として温
度に換算するデータを書き込んだＲＯＭと、上記温度セ
ンサの各校正温度に相当する抵抗値を持つ基準抵抗器
と、上記電圧変換回路に対して信号入力源を上記基準抵
抗器と温度センサの間で接続を切り換える切換器と、上
記マイクロコンピュータが基準抵抗器によるＡ／Ｄ変換
器の出力デジタル量を校正値として書き込み保存し後参
照するための不揮発性メモリを設け、マイクロコンピュ
ータがまず切換器を動作させて電圧変換回路の信号出力
を信号入力源として基準抵抗器側を選択し、この基準抵
抗器により温度センサの所定の校正温度に対応したデジ
タル量をＡ／Ｄ変換器から読み込み、切換器の内部抵抗
値による誤差を含む電圧変換回路及びＡ／Ｄ変換器に起
因する誤差を含んだ温度センサの測温値を認識し、更に
その値を不揮発性メモリに格納記憶し、この格納記憶し
たデジタル量と誤差を含まない理想的な測温値としてあ
らかじめ格納してあるＲＯＭ内のデジタル量とを比較補
正し、温度制御装置の測定温度の校正データを作成し、
しかる後切換器を動作させて電圧変換回路の信号入力源
として温度センサ側を選択し、上記校正された測温デー
タに基づきロータに入れた試料を任意の温度に制御する
ように動作させるようにしたから、温度センサ回路の校
正が遠心分離機のカバー類を取り外さず作業性良く簡便
に実施できると共に、切換器の内部抵抗が校正誤差とし
て残留しないから高精度な校正が行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる遠心分離機の温度制御装置の一
実施例を示すブロック図である。

【図２】 本発明になる電圧変換回路を示す回路図であ
る。

【図３】 本発明になるドライブ回路及びインタフェイ
ス回路を示す回路図である。

【図４】 本発明になる遠心分離機を示す部分断面構成
図である。

【図５】 本発明になる温度校正状況を示すグラフであ
る。

【図６】 本発明になる温度校正及び温度制御の演算処
理手順を示すフローである。

【図７】 本発明になる測温値テーブルを示す概念図で
ある。

【図８】 本発明になるＰＷＭ制御の状況を示すタイム
チャートである。

【符号の説明】

１は温度センサ、２、３は基準信号発生器、６はｃｐ
ｕ、８２は増幅回路、８は切換器、２１はＲＯＭ、２２
はメモリ、６４はロータである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 伸二 茨城県ひたちなか市武田1060番地 日立工 機株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータに入れた試料を任意の温度に制御
   するために設けられた温度センサと、該温度センサの測
   温出力を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力を読み
   込み演算処理するｃｐｕと、該ｃｐｕが前記増幅回路の
   出力を前記温度センサの測温値として温度に換算するデ
   ータを書き込んだＲＯＭを備えたものにおいて、単一或
   いは複数の基準信号発生器と、前記増幅回路の信号入力
   源を前記基準信号発生器と前記温度センサの間で選択し
   接続を切り換える切換器と、前記ｃｐｕがデータを書き
   込み保存し後参照するためのメモリを設け、前記ｃｐｕ
   が前記切換器の接続の切り換えにより前記基準信号発生
   器から得られた前記増幅回路の出力を単一或いは複数点
   の所定温度に対応する前記温度センサの温度校正値とし
   て読み込み前記メモリに書き込み、前記メモリの温度校
   正値と前記ＲＯＭの温度換算値を比較、演算し温度制御
   することを特徴とする遠心分離機の温度制御装置。