JPS5833490B2 - 温度測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測温抵抗体の抵抗値の温度依存性により温度
を検知する温度測定装置に係わり、特に抵抗値の変化を
発振器の発振周波数変化により検知するディジタル式の
温度測定装置に関する。

従来のディジタル方式の温度測定装置、例えばディジタ
ル式電子体温計には温度によって抵抗値の変わる測温抵
抗体としてサーミスタを用い、これに電流を流しその抵
抗変化によって生ずる電圧の変化をＡ／Ｄコンバータに
よりディジタル信号に変換し、ディジタル表示するもの
がある。

しかし、このような装置では体温測定の如く温度変化範
囲の少ない場合にはサーミスタの抵抗変化も小さく、し
たがって正確な測定には高精度且つ経時変化の少ない回
路部品が必要である。

また、ディジタル表示をする為には一般に複雑で高価な
Ａ／Ｄコンバータが必要である。

このように精度のよい温度測定装置は高価となる問題点
がある。

一方、例えば特開昭４９−６８７７８の如くサーミスタ
を発振周波数を決定する抵抗として用いこの抵抗値の変
化を発振周波数の変化により抵抗値から温度を検知する
装置も知られている。

しかしこのような従来の装置では電流電圧の変動サーミ
スタ、コンデンサの値の経時変化発振器の発振周波数の
変化等により正確な測定ができない欠点がある。

本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
で、測定精度が良く、しかもほとんどの回路部品が精度
を必要としないので安価な温度測定装置を提供すること
を目的とする。

以下、本発明をディジタル式電子体温計に適用した場合
の実施例を図面を用いて説明する。

第１図はこの一実施例の回路構成図であり、この装置は
、基準抵抗Ｒ１と測温抵抗体Ｒ２の接続切替によって発
振周波数ｆ１、ｆ２のパルス列を発生する非安定マルチ
バイブレータ（以下非安定マルチと略す。

）１１と、一定の周波数で発振する基準発振器１２と、
この発振器１２の出力パルスを一定数計数して一定時間
幅ｔ。

の矩形波を作る制御回路１３と、この制御回路１３出力
を制御入力として非安定マルチ１１の出力パルス列を信
号人力として上記時間ｔ。

にある非安定マルチ１１の出力パルスを通過させるアン
ドゲート１４と、このアンドゲート１４を通過するパル
スを計数するカウンタ１５と、所定の演算を行なう演算
回路１６と、演算結果の温度を表示する表示回路１７と
から成る・勿論、カウンタ１５と演算回路１６は共用さ
せることもできる。

非安定マルチ１１は、例えば第２図に示す如く２つの反
転増幅器■１．Ｉ２と、コンデンサＣと、温度変化に対
して抵抗値のほとんど変化しない基準抵抗Ｒ１と、温度
変化に対して抵抗値の変化する測温抵抗体Ｒ２と、これ
らＲ１，Ｒ２の接続切替を行なうスイッチＳＷから成る
。

非安定マルチ１１の発振周波数はコンデンサＣと基準抵
抗Ｒ１又は測温抵抗体Ｒ２の値の積に逆比例する。

尚、基準抵抗Ｒ１は例えば金属皮膜抵抗であり、測温抵
抗体Ｒ２は例えばサーミスタにより形成され体温計の感
温部分に取り付けられる。

基準抵抗Ｒ１の値は基準温度Ｔ。

のときの測温抵抗体Ｒ２の抵抗値にほぼ等しくする。

次に、この実施例において温度測定がなされる原理につ
いて述べる。

今、非安定マルチ１１のスイッチＳＷを■端子側に倒す
と、このときの発振周波数ｆ１ はｋを比例定数として
次式で与えられる。

同様に、スイッチＳＷを■端子側に倒したときの発振周
波数ｆ２は ところで、測温抵抗体Ｒ１をサーミスタとすれば、この
素子の温度−抵抗特性は一般に第３図の如くなる。

体温は通常３５°Ｃ〜４２℃の間にあり、この狭い温度
範囲では測温抵抗体Ｒ１の温度変化は第３図の点線のよ
うに直線的であるとみなすことができＲ２と温度Ｔとの
関係は次のように表わせる。

Ｔ。

は例えば３７℃としておき、 １ としては Ｔ−Ｔｏにおけるサーミスタの抵抗値を選んでおく。

αはサーミスタの温度係数で定数である。（１）、（２
）式よりその比をとると この（４）式に（３）式を代入して ゆえに となる。

したがって、原理的にはスイッチＳＷを■に倒した場合
の発振周波数ｆ１ と■に倒したときの発振周波数ｆ２
を測定し、（６）式の演算を行なわせればサーミスタ
の温度即ち体温の測定ができる。

しかし、本発明では直接この周波数を求めるわけではな
い。

発振周波数ｆ。

の基準発振器１２の出力パルスを制御回路１３ではＮカ
ウントし時間幅ｔ。

の矩形波を作り出すとすると、 アンドゲート１４においてこの時間ｔ。

だげ非安定マルチ１１の出力を通過させれば、基準抵抗
Ｒ１を接続したときのカウンタ１５の出力Ｍ１、測温抵
抗体Ｒ２を接続したときのカウンタ１５の出力Ｍ２は、
各々次式で与えられる。

この（８）式を（６）式に代入すれば、 即ち、非安定タルチ１１のスイッチＳＷを■端子側に倒
し基準抵抗Ｒ１を接続したときのカウンタ１５の計数値
Ｍ１ と、スイッチＳＷを■端子側に倒して測温抵抗
体Ｒ２を接続したときのカウンタ１５の計数値Ｍ２
とを用い、演算回路１６にて予め知られている基準温度
Ｔ。

（例えば３７°Ｃ）及び測温抵抗体Ｒ２として用いたサ
ーミスタの温度係数αを（９）式に代入して、演算を行
なえば温度Ｔが算出できる。

この算出温度又はこれに相関する値は表示回路１７にお
いて表示される。

尚、上記実施例では基準発振器１２は一定周波数のパル
スを出力するパルス発振器としたが、通常の正弦波発振
器を用い、この発振出力から発振周波数に比例したパル
スを作り出すようにしてもよく、このパルス列の周波数
は必ずしも発振器の発振周波数と一致させる必要はない
。

また、基準発振器１２は連続発振する必要はなく、第１
図に点線で示した如く設げたトリガ回路１８により非安
定マルチ１１の出力に同期して間げつ発振する発振器で
もよい。

上述のように（９）式の演算を演算回路１６にて行なえ
ば温度測定がなされるが、その演算には割算が必要とな
る。

そこで次に簡単な演算で測定温度が算出される本発明の
他の実施例について述べる。

ところで、上述の（′７）式におけるｔ。

の値、即ち非安定マルチ１１の出力を計数する時間ｔ。

は、（９）式が充分精度の良い値となる時間であればよ
く特に限定されていない。

そこでこのｔ。の値として例えば となるようなｔ。

の値、即ち なる特定の一定時間を選ぶとすると、（９）式に（１０
）式を代入して 即ちゴ般に、非安定マルチにおいて測温抵抗体１Ｏｎ Ｒ２を接続したときカウンタがＭ２− 計数すα ０ｎ る時間ｔ。

（＝）を求めその同じ時間ｔ。α・ｆ２
※ ※における基準抵抗Ｒ１を接続したときのカウンタの計
数値Ｍ１ を求めれば、（１の式の加減算により測定温
度が算出されることになる。

例えば、α０）、０式においてｎ＝２、Ｔ。

３７．００℃、α＝５Ｘ１０−３こすればとなり、測温
抵抗体Ｒ２を接続したときカウンタ０２ がＭ・−下−２００００カウ７ト計数する１要する時間
だけ、基準抵抗Ｒ１を接続したときのカウンタが計数し
た計数値Ｍ１ を求めこの値を２３７００から減算し小
数点の位置を２桁左方に移動させれば良い。

この原理に基づいた本発明の一実施例の回路構成図を第
４図に示す。

２１は第２図に示した如き非安定マルチであり、スイッ
チＳＷを■端子側に倒したとき出力は発振周波数ｆ１の
パルス列となり、■端子側に倒したときｆ２のパルス列
となるが、ここでは理解を容易にするためｆｌのパルス
列とｆ２のパルス列の出力端子を異ならせて描いである
。

尚、スイッチＳＷが■端子側に倒されたとき端子Ｔ１に
は“ｌ”信号が入り、■端子側に倒されたとき“Ｏ”信
号が入るようになっている。

非安定マルチ２１のｆｌ 出力はアンドゲート２２を通
ってカウンタ２３に、ｆ２出力はアンドゲート２４を通
ってカウンタ２５に供給される。

尚、実際には上述のように、ｆ１出力とｆ２出力は同時
に供給されることはないので、カウンタ２３とカウンタ
２５として１個のカウンタを共用することができる。

カウンタ２５は計数値が１０ｎ／αとなると「ｌ」信号
を出力する回路であり、この出力はフリップフロップ２
６のセラ）（Ｓ）端子に供給される。

このフリップフロップのリセット（Ｒ）端子は端子Ｔ１
に接続されており、Ｑ出力端子はアンドゲート２４の
他方の入力端子及びアンドゲート２７の一方の入力端子
に接続される。

２８は一定の発振周波数ｆ。

のパルス列を出力する基準発振器であり、この出力パル
スはアンドゲート２７及びアンドゲート２９を介して各
々アップダウンカウンタ３０のアップ（Ｕ）端子、ダウ
ン（Ｄ）端子に供給される。

アップダウンカウンタ３０は内容がＯになると１信号を
７リツプフロツプ３１のセラ）（Ｓ）端子に供給し、こ
のＱ出力はアンドゲート２２，２９の制御入力となる。

フリップフロップ３１のリセツ）（Ｒ）端子には、端子
Ｔ１に供給される信号が反転回路３２により反転され供
給されている。

カウンタ２３の出力は演算回路３３に送られ、０式によ
って測定温度が算出され表示回路３４にて表示される。

次にこの実施例の動作を説明する。

この装置の７リツプフロツプ２６．３１は作動前にセッ
ト状態になっており、Ｑ出力はいずれもＯであるのでア
ンドゲート２２，２４，２７，２９は閉じている。

まず、非安定マルチ２１のスイッチＳＷが■端子側に倒
され測温抵抗体Ｒ２が接続される。

すると、端子Ｔ１ には１信号が入りフリップフロッ
プ２６はリセットされアンドゲート２４．２７は開く。

したがって、非安定マルチ２１０周波数ｆ２のパルス列
はカウンタ２５に入り計数動作を開始すると同時に、周
波数ｆ。

の基準発振器２８出力パルス列はアップダウンカウンタ
３０のＵ端子に供給されアップ方向の計数動作が開始す
る。

カウンタ２５はＩｏｎ／αだげ計数すると１信号を出力
し、フリップフロップ２６をセット状態とするので、Ｑ
出力はＯとなりこの時点でアンドゲート２４，２７を閉
じる。

このときアップダウンカウンタ３０の計数値Ｍ。

はとなっている。

次に非安定マルチ２１のスイッチＳＷを［Ｆ］端子側に
切替える。

この操作はカウンタ２５の１信号によって自動的に切替
えるようにしてもよい。

スイッチＳＷがの端子側に倒されると端子Ｔ１ に０信
号が供給されるので７リツプフロツプ２６は依然セット
状態にあるが、フリップフロップ３１はリセットされる
。

したがってこのＱ出力は１となりアンドゲート２２，２
９が開き、カウンタ２３、アップダウンカウンタ３０に
おいて各々周波数ｆ１のパルス列の計数動作、周波数ｆ
。

のダウン方向の計数動作が開始する。

アップダウンカウンタ３０が上記狗から順次ダウン方向
に計数し、内容が０となったときｌ信号をフリップフロ
ップ３１のＳ端子に供給しアンドゲート２２，２９を閉
じる。

ゆえにカウンタ２３の計数動作も停止することになる。

アップダウンカウンタ３０のアップ方向及びダウン方向
に計数するクロックは同じ周波数ｆ。

のパルス列であるので、上述の動作によればカウンタ２
５が周波数ｆ２のパルスを計数する時間に、カウンタ２
３が周波数ｆ１ のパルスを計数した値Ｍ１を得ること
になる。

この計数値Ｍ１を演算回路３３に送ると、ここにおいて
（１３）式の減算を行ない小数点移動操作を行なって測
定温度を算出する。

例えば、測温抵抗体Ｒ２として用いるサーミスタの温度
係数αを５Ｘ１０−３ とすれば（１３）式は基準抵抗
Ｒ１を接続したときの非安定マルチ２１の発振周波数ｆ
１ を例えば２００．００ＫＨ２，に選べば、３６．５
６°Ｃではｆ２＝１９９．５６ＫＨ２゜ｔｏ＝１００．
２２ｒｒＬＳ、、Ｍ１＝２００４４となり（１４）式よ
りＴ＝３６．５６℃が求まる。

このようにして算出された温度は、表示回路３４におい
て表示される。

第４図の回路は勿論１例でありカウンタ２３．２５０機
能を換えて構成する等同様の動作をする他の回路でもか
まわない。

第４図の実施例では測温抵抗体を接続したときαＯ）式
で与えられる値を計数した時間に、基準抵抗を接続した
ときのカウンタの計数値を求めた。

これによれば１０進法で表示するときその表示直前に小
数点移動操作を行なえばよく簡単である。

しかし、２進数で演算するような場合には次式で与える
値を計数する時間をとった方が便利な場合もある。

勿論Ｍ２のとり方はこれらに限定されず目的に応じて適
当に選べばよい。

第４図に示したように、測温抵抗体を非安定マルチに接
続したとき一定の計数値を得る時間内に、基準抵抗を接
続したときにいくつ計数するかを求める本発明の装置で
は、演算がきわめて簡単となる効果があり、回路のＭＳ
Ｉ化も容易で特に体温計などでは不可欠な低消費電力化
、小型化、低価格化が実現される。

以上説明したように本発明は、基準抵抗と測温抵抗体と
が選択的に接続されその接続された抵抗の値に比例又は
反比例する発振周波数を有する発振器と、この発振器の
発振周波数に対応するパルス列を計数するカウンタを有
し、一定時間内の基準抵抗体を接続されたときのこのカ
ウンタの計数値及び測温抵抗体を接続したときの計数値
から所定の演算を行なうかあるいは測温抵抗体を接続し
たときに一定の計数を行なう時間内に基準抵抗を接続し
たときに発生するパルス列の計数値を得て所定の演算を
行なうものである。

このように本発明は発振器に測温抵抗体を接続したとき
と基準抵抗を接続したときの状態の比較により測定を行
なうので、測温抵抗体と基準抵抗以外の回路および回路
部品はすべて共通でありしかもディジタル回路で構成さ
れているため回路部品の精度は必要なく経時変化があっ
ても抵抗体を切り換えるわずかな時間だけ一定であれば
測定精度には全く影響しない。

又、本発明の体温測定装置に用いる基準発振器の発振周
波数の安定度もそれ程要求されない。

例えば第１図の実施例において基準発振器の発振周波数
がΔｆだけずれｆ。

＋Δｆになっているとする。この場合のカウンタの計数
値Ｍ１’ 、 Ｍ２ ’はとなり、Ｍ１２Ｍ２と異なる
が したがってやはり（９）式の演算によって測定温度が算
出されることになる。

このように基準発振器等の回路部品は発振器に基準抵抗
を接続したときと測温抵抗を接続したときとのわずかな
時間だけ変化がなげればよい。

更に、本発明では直接ディジタル処理によるのでＡ／Ｄ
コンバータ、Ｄ／Ａコンバータなどの高価な回路を必要
としなく、また発振器の発振周波数を直接動る必要はな
いので装置が簡単且つ安価になる。

更に、アナログ増幅器を必要としないので基準抵抗、測
温抵抗体、容量、の素子以外は全てＭＯ８ＩＣに組むこ
とができるＬＳＩ化、ＭＳＩ化が容易で従来では不可能
であった超重形化が可能である。

場合によっては容量素子もＬＳＩ中に入れることができ
る。

ところで、上述の説明、特に第１図の実施例の説明では
カウンタが計数する時間を一定にしておき、その間にカ
ウンタに入るパルス列の周波数が変わる場合について述
べた。

しかし、このパルス列の周波数を一定にしておき、カウ
ンタがこれを計数する時間を抵抗の値によって変化させ
るようにしても温度測定が可能である。

例えば単安定マルチの準安定時間が、選択的に接続され
る基準抵抗又は測温抵抗体の抵抗値により変わるように
しておき、この単安定マルチの出力によって制御される
ゲートを通して一定周波数のクロックパルスをカウンタ
で計数しこの計数値を用いて演算することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の回路構成図、第２図は第１図
の実施例における非安定マルチの一回路図、第３図はサ
ーミスタの温度−抵抗特性図、第４図は本発明の他の一
実施例の回路構成図である。 １１．２１・・・・・・非安定マルチ、１２，２Ｂ・・
・・・・基準発振器、１３・・・・・・制御回路、１４
，２２゜２４．２７，２９・・・・・・アンドゲート、
１５，２３゜２５・・・・・・カウンタ、１６，３３・
・・・・・演算回路、１７ 、３４・・・・・・表示回
路、３０・・・・・・アップダウンカウンタ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 温度によって抵抗値の変化する温度係数αの測温抵
   抗体と、この測温抵抗体の基準温度Ｔ。 における抵抗値に等しい抵抗値を有し温度によって抵抗
   値のほとんど変化しない基準抵抗体と、この基準抵抗体
   又は前記測温抵抗体が選択的に接続されこの接続された
   抵抗の値に逆比例した周波数で発振する発振器と、この
   発振器の発振周波数に対応して生ずるパルス列を所定時
   間計数するカウンタと、前記発振器に前記基準抵抗体を
   接続したときの前記カウンタの計数値Ｍ１、前記発振器
   に前記測温抵抗体を接続したときのカウンタの計数値Ｍ
   ２及び前記基準温度Ｔ。 より前記測温抵抗体の検知した温度Ｔを、 によって算出する手段と、この手段により算出された値
   をディジタル表示する表示手段とを具備して成ることを
   特徴とする温度測定装置。 ２ 温度によって抵抗値の変化する温度係数αの測温抵
   抗体と、この測温抵抗体の基準温度Ｔ。 における抵抗値と等しい抵抗値を有し、温度によって抵
   抗値のほとんど変化しない基準抵抗体と、この基準抵抗
   体又は前記測温抵抗体が選択的に接続され、この接続さ
   れた抵抗の値に逆比例した周波数で発振する発振器と、
   この発振器の発振周波数に対応して生ずるパルス列を計
   数するカウンタと、前記発振器に前記測温抵抗体を接続
   したときに得られるパルス列が前記カウンタにおいて、
   一定数Ｍ２ まで計数される時間を求める手段と、こ
   の手段により求められた時間だけ前記発振器に前記基準
   抵抗体を接続する手段と、この手段により前記基準抵抗
   体が前記発振器に接続された際の前記カウンタの計数値
   Ｍ１ より、前記測温抵抗体の検知した温度Ｔを、 に従って算出する手段と、この手段により算出された値
   をディジタル表示する手段とを具備して成ることを特徴
   とする温度測定装置。 ３一定数Ｍ２を温度係数αに逆比例した一定数とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の温度測定装
   置。 ４ 算出する手段において に従って測温抵抗体の検知した温度Ｔを求めることを特
   徴とする特許請求の範囲第２項記載の温度測定装置。