JPS5847229A - 熱電対による温度測定方法とその温度測定器 - Google Patents

熱電対による温度測定方法とその温度測定器

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JPS5847229A
JPS5847229A JP14574881A JP14574881A JPS5847229A JP S5847229 A JPS5847229 A JP S5847229A JP 14574881 A JP14574881 A JP 14574881A JP 14574881 A JP14574881 A JP 14574881A JP S5847229 A JPS5847229 A JP S5847229A
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JP
Japan
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temperature
thermocouple
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measurement
theta0
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Pending
Application number
JP14574881A
Other languages
English (en)
Inventor
Yutaka Miyabe
宮辺 裕
Atsushi Kawasaki
川崎 篤
Jiro Ono
二郎 大野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPS5847229A publication Critical patent/JPS5847229A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/02Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
    • G01K7/021Particular circuit arrangements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、熱電対による温度測定方法に係り、特に昇温
過程での昇温変化率を追跡して、その変化から、測温対
象の温度即ち飽和温度を推定して、温度を測定する方法
に閃するものである。
熱電対による温度測定は、広く行なわれており種々の温
度計測用の熱電対が開発されている。
測温対象に熱電対を投入すると、指示温度は上昇を始め
、測定対象温度と平衡した時点で上昇が消え、測温対象
の温度を示す。その際一般に該指示温度に到達する1で
にはある程度の時間が必要でありこれが測定の遅れ時間
となる。また、該対象温度が熱電対の溶断温度を上燃る
場合には該飽和温度が得られるまでに熱電対が溶断し温
度測定は成されない。更には該対象物温度が1200℃
を越える場合には、一般にPR等の貴金属熱電対が用い
られるが、該貴金属熱電対は高価であるため、何回かの
繰り返しが可能であることを省慮しても、1回当りの測
定コストが亮い。
したがって、熱電対の昇温過程において飽和温度即ち測
定対象物調度が推定できれば、測定所要時間の短縮が可
能となるばかりでなく、例えば安価なOA熱′亀対等を
用いても、現在貴金属熱電対で測定されている高温測定
が可能となり、さらに本来熱電対による測定可能な温度
範囲を上燃るより広い温度領域での測定が可能になる。
本発明は、かかる点に着目したものであり、これをもと
に本発明者の数次にわたる実験、検討により解明した微
係数次数と粘度及び乗数間の比率に存在する法則性によ
って、実質的に応答性と精度の向上を生み出す微係数の
打切り次数の決定及び乗数量比率固定を行ない完成した
飽和温度の推定方法を提供するものである。
以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。
今、時読tでの該指示温度θ(1)の第4次微係数へ(
1)を得る。即ち、 第1図は、シミュレーショυによって、昇温特性から、
該推定温度θo(t)を算出した1例である。本発明者
の解明によれば、微係数は、2次f:超えても精度の向
上は実用上は無に等しく本図中t = 20 #J))
での推定温度0゜(イ)と、最終飽和温度θ0の比θ。
町θ。と、打切り微係数との関係は、第2図の通りであ
り、図示を省略した他の実験からも、第2図と同様に3
次以上の微係数は、推定の精度の向上、応答性の向上に
関与しないことを発見した。これにより、本発明では、
該打切り次数を2と決め、(1)式に代え、(2)式を
用いるものである。
(2)式を用いて0o(t)を推定する場合、1次微係
数の乗数T、 (以下パラメータと記す)の決定方法か
本発明の実用性を左右するボイシトとなる。
該パラメータが少しでも最適値から逸脱した場合には、
該推定温度θo(t)は、時系列的に無限な域でも一定
とはならず、結局、熱電対指示が実際に飽和するまで最
終温度は得られない。そこで、最も短時間に精度高< 
Ooの推定を可能とする最適なパラメータT+ 、 T
2が必要となる。例えばT1、T2を最少二乗法等で決
定するとすると、2次元探索となり該パラメータ決定の
為の定式化が、よりどころのない中での決定となり極め
て困難であるばかりでなく、実際には、他に方法がない
ため経験的に決定せざるを得なくなり、経験の差、当り
外れ等により迅速、的確な最適パラメータの決定が期待
できない。一方、測温対象物の成分、熱電対の形状・材
質が決定すれば、理論的には、T、及びT2は計簀によ
り決定することも不可能ではないが、実測濡の場合、該
対象物と該熱電対の接触状態等により、何らかの外乱が
入ることは必至で、それゆえあらかじめ決定されたパラ
メータは最適値とはならず、前述の理由から温度推定は
実用性を失なう。そこで本発明者は、適切なTIIT2
の探索方法について、更に実験検討を繰返しT1とT2
に何らかの関係があることを発見した。この知見をもと
に本発明者は、この関係が法則性を持つものであればパ
ラメータは一次元探索で決定できるため、(5) 確実に迅速に推定温度が得られることを予測して更に実
験を重ね、最適なバラメークTiを構成するT、 、 
T2には、 T2−0.4・TI        ・・・・・(3)
なる関係があり、これにより更に検証を重ね、遂に迅速
かつ確実に推定温度θoを拘ることができることを見出
した。第3図は、これ等の膨大な実験データをもとにし
たT2とT1の比α−T2A’ 。
と、その時計算された推定温度θo(t)を直線回帰し
た時の傾きaとの関係を示す。これを見ると、該対象物
温度、熱電対材質等に関係なく 、(3)式%式%) に傾きaは零となり、該推定温度θ0が求められること
が判る。ここに、パラ、メータT1を一次元探索にて求
めるアルゴリズムを形成するだけで、最適なパラメータ
(Tz*、 T2*)が求められ迅速、的確に実温度を
推定する測温方法を確立したのである。
以下、本発明の実施例をもとに説明する。
本発明におけるパラメータ決定法の1例としく6) て、本発明者は、絆り返し計算により最適なパラメータ
T1*を決定する方法f:提案する。この繰り返し式は
、(4)式のごとく、過去の2つのTlを用いる漸化式
で表わされる。
・・・・・(4) ここで添字1cにくり返し回数、Kはゲイン、aはT、
(k)として(2)式により求めた#o(t)を直線回
帰した場合の傾きである。(4)式は、線型近似した場
合の最適修正ゲイ′J會逐次求めるため、K=1とした
場合に最も少ない繰り返しJHil数で収束する。第1
図で表わされる昇、′晶特性に対し、第4図に、ゲイ、
、IKの値とT1の収束の様pとの関係を示している。
第4図においてくり返し&=1においてT、(1)=O
、k=2においてT】(2)=IOとおき、その後(4
)式により最適パラメータ′r1*を決定しているが、
T1が、最適値に向けて速やかに、オーバーシュートす
ることなく収束するためには、K=0.95程度とする
のが好ましい。
なお、(4)式の構清よ、ゲインにはOAKく2の範囲
の値を用いないと、T1が発散する。
第5図、第6図に実際の測定例を示す。第5図は、測温
対象がガスであり、CA熱箪対を用い、本発明法による
推定温度0oと実測値θ0を示す。
図から明らかなように実測は約40秒を要するのに対し
、本発明法は約7秒で測温できた。また、第6図は、測
温対象か尚炉大樋における溶融状態での銑鉄流度で、O
A熱電ヌlを用いた本発明法による推定温度0oと、P
H13熱′醒対による実測値θo’fr示す。実測値と
本発明方法との差は、わずか2度と微少であった。なお
、図中1゛cは、推定開始時刻即ち熱電′、対の出力か
ら該熱電対の桐質、構造、熱答酸等から構成される物理
的性質の影響と思われる不安定埃象が消滅した時刻であ
り、該測定開始時刻以後の昇温特性によってθo(t)
を求める。従って、前記した最適パラメータTi*は、
推定開始時刻Tc直後で傾きa = Qが得られるTi
*f言う。
(2)式を用いて該飽和湿度を求める除、信号に付加さ
れたノイズは、微分演算を行なう毎に拡大され、推定精
度に影響を及ばず。推定精度を高位に安定させるために
は信号入力端となる熱電対温接点部に適度の熱容計を持
たせることが望ましい。この熱容亀は、検出変動の大小
、許容測定時間および該涸渇対象物の熱流束とブロック
材質の熱伝導率によって求められる熱伝達率をもとに決
定することが好ましい。本発明者は、該熱容康を増大さ
せる場合に、熱電対温接点部をづDツク化した。づ1コ
ツク化された熱電対それ自体は公知であるが、本発明者
の解明によれば第7図における普通鋼、銅等で作られた
先端づロック2を熱電対1にカシメて装着するなどして
、該先端づ0ツク2と該熱電対1の接合面に空隙が生じ
ると、昇温特性に歪みが生じて第8図4に示すごとき昇
温特性となり、推定開始時刻Tc時の推定温度θ(Tc
)が上昇し、0(Tc)/θo=0.7程度となる。即
ち該飽和湿度の7割程度まで昇温した時点で始めて推定
が可能となり好ましくない。これを防止するために、銅
のように比較的融点の低いブロックは、例えばアルjン
ガスの様な不活性雰囲気中で溶解し、熱電対を浸漬した
後づロックを固化させて熱電対を鋳込くるむ、また、普
通鋼の如く、融点の高いブロックは、熱′敵対を該ブロ
ックに設けた雌ネジに螺合圧接することが望ましく、こ
の方法によって0 (’f’c)/Boを0.4〜0.
5程度1で引き下げることができ、熱′電対の通常使用
温度の約2倍の測定しシジで推定することかできる。
該測定開始時刻“reは、第9図に示される様に、不発
ゆ]者の)ソ1.明によれば第2次倣係数が最小値とな
る時刻である。これ以前の値を用いても、良い推定結果
は傍ら牡ない。
第1O図に本発明の実施例のフロー千1ンートを示す。
ブロック化された熱′電対1および2を、測定対象物1
2内に押入し、平滑フィルタ13を通じて平滑化する。
この際平滑フィルタ13は、位相遅れ、晶みの最小な特
性を有するフィルタであることが好ましい。平Iけ化さ
れた信号には、微分演算部8Vこよって微分演算が施さ
れ、推定温度算出部9で、(2)式により推定値0o(
t)が求められる。判定部11により0o(t)を直線
回帰した傾きaの絶対値が、あらかじめ指定した、十分
零に近い正数より小さい場合は湿度測定が終了、大きい
場合には、パラメータ修正部10に移行する。該パラメ
ータ修正部10で(3)、(4)式により修正されたT
l*、T2*によりθ0が算出され、温度測定が終了す
る。
以上述べた様に、本発明は、熱電対の昇温過程での温度
変化率を追跡してその変化から測温対象の温度即ち飽和
温度を推定測温するので、これによって熱電対の応答お
くれによる測温おくれの改善および溶損による測温不可
能域における温度測定を可能にすると共に、従来it金
属熱電対を用いて測定されていた1200℃〜1800
℃程度の温度領域に、安価なOA熱電対な使用すること
ができ、しかも、1000℃程度までの湿度領域でも、
指示温度の飽和を待たずに温度計測が可能となることか
ら、熱電対の長寿命化、安価な熱電′対使用による測定
コストの低減、測定時間の短縮化、測湿レジじの拡大に
寄与するもα→ 12・・・涸渇対象     13・・・平滑フィルタ
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は、シミュレーショシによる昇温特性0(t)と
推定温度θo(t)の関係を示す図、第2図は、微係数
の打切り次数と推定温度θo(t)の飽和度の関係を示
す図、第3図は、路午件下でのα−へ41と、傾きaの
関係を示す図、第4図は、ゲイシKに対する修正値の収
束の関係を示す(9)、m5図、第61fflは、実際
の測定値と、推定値の関係を示す図、第7図は、熱電対
温接点部を示す図、第8図は、づDツク装着方法と昇温
特性の関係を示す図、第9図(a)、(1))、(c)
は、微係数と測足開始時間Tcの関係を示す図、第10
図は、本発明の一実施例を示す図である。 ■・・・熱電対       2・・・づ0・υり3・
・・本発明で提案したブロック装着法にょる昇温特性4
・・・カシメによるづDツク装着法による昇温特性5・
・・1次倣係故     6・・・2次微係数8・・・
微分演算部     9・・・推定温度算出部10・・
・パラメータ修正部 11・・・判定部α埠 −84間 −209−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 11次元探索により求めたT、と、これによりT2 =
     0.4 TIで求めた% (s=1 + 2 )を用
    い、測温対象中に位置せしめた熱電対の経時的出力θ(
    1)を により処理することを特徴とする、熱電対による温度測
    定方法。 2 づ0ツクに熱電対を鋳くるんだことを特徴とする温
    度測定器。 3 ブロックに熱電対を螺着したこと特徴とする温度測
    定器。
JP14574881A 1981-09-16 1981-09-16 熱電対による温度測定方法とその温度測定器 Pending JPS5847229A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01502775A (ja) * 1986-05-20 1989-09-21 スルクースク,ヤーク 被測定体の絶体温度を決定する方法および装置
JPH01284719A (ja) * 1988-05-11 1989-11-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 炉内温度の測定方法
JP2016070749A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 テルモ株式会社 電子体温計
JP2016070748A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 テルモ株式会社 電子体温計

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JPH01284719A (ja) * 1988-05-11 1989-11-16 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 炉内温度の測定方法
JP2016070749A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 テルモ株式会社 電子体温計
JP2016070748A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 テルモ株式会社 電子体温計

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