JPS5866028A - 光−抵抗値変換素子を用いた測定回路 - Google Patents

光−抵抗値変換素子を用いた測定回路

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JPS5866028A
JPS5866028A JP16406281A JP16406281A JPS5866028A JP S5866028 A JPS5866028 A JP S5866028A JP 16406281 A JP16406281 A JP 16406281A JP 16406281 A JP16406281 A JP 16406281A JP S5866028 A JPS5866028 A JP S5866028A
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resistor
light
stem
amplifier
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Hidetoshi Nagarekawa
流川 英俊
Takao Shimizu
孝雄 清水
Masao Umetsu
梅津 正雄
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Chino Works Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/10Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors
    • G01J5/20Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using electric radiation detectors using resistors, thermistors or semiconductors sensitive to radiation, e.g. photoconductive devices

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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】 本発明は放射温度計等に用いられ、放射エネルギーを抵
抗値変化として取9出す光−抵抗値変換素子、およびこ
の光−抵抗変換素子を用いた直流温度ドリフト補償回路
に関するものである。
放射温度計は被測定体からの放射エネルギーを光−抵抗
値変換素子上に集光させて、光量に応じた抵抗値変化全
電気的に取り出して被測足体の温度を計測するのである
が、一般に放射温度計は周温の変化に影響されて直流的
なドリフ)1−生じ易いという欠点があり、これを防止
するために、チョッパを用いて入射光を断続させて光−
抵抗値変換素子からの信号を交流信号として取り出し、
直流的なドリフトラなくする方法が用いられている。
しかしながら上記のような交流信号として取り出す方法
は、チョッノ4′ヲ駆動するモータを必要とし、その機
械的な信頼性に問題があると共に%電力消費量が大きく
携帯用の放射温度計には不適であるという問題がある。
また、温度補償を外部の温度補償素子を用いて行う方法
も考えられるが、検出素子と熱容量、熱伝導率の異なる
別の補償素子では、正確に補償することは困難であシ、
特に温度の急変には追従できないといった問題がある。
本発明は1以上のような点に鑑みて成されたものであり
、上述した問題点を克服し、チョッノ平等の機械的装置
音用いなくとも直流的なドリフl−生じさせるおそれの
ない放射温度計等を構成することができる光−抵抗値変
換素子およびこの素子を用いた直流温度ドリフト補償回
路を提供することを目的とするものである。
本発明の1つは、ステムと、該ステム上に設けられる少
なくとも3個のサーミスタボロメータと。
上記ステム上に取シ付けられ、上記各サーミスタボロメ
ータを密閉状に覆うキャップと、上記サーミ、X、 夕
N o メータのうち1個のサーミスタゴロメータにお
ける受光面と対向する上記キャップの一部ニ形成される
採光窓と、上記サーミスタNo)−タにおける残シのサ
ーミスタゾロメータの受光面と上記採光窓との間に設け
られる遮光板と、全具備する光−抵抗値変換素子の発明
であり、もう1つの発明に上記光−抵抗値変換素子を用
いた直流温度ドリフト補償回路の発明であって、上記サ
ーミスタボロメータのうち採光窓と対向する受光面を有
するサーミスタゴロメータは放射エネルギー’に受ける
エネルギー検出抵抗として用いられ。
他のサーミスタ?ロメ〜りのうち一方に、上記エネルギ
ー検出抵抗と直列に接続される負荷抵抗として用いられ
、他方は周温補償抵抗として用いられており、この周温
補償抵抗及び該補償抵抗と直列に接続される抵抗と、上
記エネルギー検出抵抗及び負荷抵抗とは並列に接続され
、その並列接続された両端は直流バイアス電源と接続さ
れていると共に、上記エネルギー検出抵抗と負荷抵抗と
の間に発生する電圧を増幅する第1の増幅器と、上記周
温補償抵抗と該補償抵抗に直列接続されている抵抗との
間に発生する電圧全増幅し、上記第1の増幅器の出力信
号とは逆の特性の信号を作り出す第2の増幅器と、上記
第1の増幅器の出力と第2の増幅器の出力とを加算して
その結果を出力する加算器と、を具備するものである。
次に本発明の一実施例′f:図面について説明する。
第1図は本発明に係る光−抵抗値変換素子の正面図であ
り、第2図、第3図は同断面図である。図中IH先光−
抗値変換素子であり、この光−抵抗値変換素子1は、外
部リード端子2が埋設されている円盤状のステム3を有
し、とのステム3上に第1.第2.第3のサーミスタゴ
ロメータRa 、 Rc 。
Rxが該ステム3と電気的に絶縁された状態で設けられ
ており、この各サーミスタゴロメータRa、Rc。
Rxは互いに同等とされる熱容量及び熱電導率を有して
いる。上記第1のサーミスタボロメータRaiステム3
の中央部にその受光面Cを上方に向けて設置され、第2
.第3のサーミスタボロメータRe、 Rxは第1のサ
ーミスタゾロメータRaの両側にその受光面C?上方に
向けて設置されており、この第1のサーミスタがロメー
タRaと第2のサーミスタゾロメータRcとの間、及び
第1のサーミスタゾロメータRaと第3のサーミスタゾ
ロメータRxとの間にはく字状に折曲された遮光板4.
4が取り付けられている。また、前記リード端子2は、
ガラスアイレット5を介してステム3に取り付けられ、
このリード端子2の一端はステム3の上面に露出されて
おり、このリード端子2の一端と前記各サーミスタボロ
メータRa、 Rc、 Rx  との間uボンディング
ワイヤ6.6・・・より適宜電気的な接続が行われてい
る。さらに、前記ステム3上VCii。
前記各サーミスタがロメータRa、 Rc、 Rx  
とリード端子2の一端と、デンディングワイヤ6.6・
・・と、遮光板4.4とを密閉状に覆う不透光性のキャ
ップ7が取り付けられておシ、このキャップ7は、前記
ステム3と略同径とされる偏平な筒体7aが一体に形成
された構造とされ、この円板7bの中央部における前記
遮光板4.4の範囲内には円形の採光窓部8が形成され
ている。上記採光窓部8[uフィルタ9が取り付けられ
、該フィルタ9によリキャツプ7内の気密性が保持され
ていると共に、そのフィルタ9として赤外光透過フィル
タが用いられているので、この光−抵抗値変換素子1は
赤外光の波長範囲に感応する素子とされている。
次に、上記光−抵抗値変換素子1が用いられている直流
温度ドリフト補償回路を第4図について説明する。図中
10が直流温度ドリフト補償回路であり、前記第1.第
21第3のサーミスタゾロメータRa、 Rc、 Rx
と、第1外部接続抵抗Rbとによシプリiツ′ジ回路1
1が構成され、第1.第2のサーミスタメロメータRa
、Rcが直列に接続されておシ。
第1のサーミスタゾロメータRaがエネルギー検出抵抗
とされ、第2のサーミスタゾロメータRcが負荷抵抗と
されている。また上記第3のサーミスタボロメータRx
と第1外部接続抵抗Rbとが直列に接続され、この第3
のサーミスタボロメータRxが周温補償抵抗とされてお
υ、上記第1のサーミスタボロメータTLaと第3のサ
ー′ミスタがロメータRxとの接続部にはバイアス電圧
+Evが加えられ、第2のサーミスタがロメータRcと
第1外部接続抵抗abとの接続部にはバイアス電源−E
vが加えられている。さらに、上記第3のサーミスタボ
ロメータRxと並列に第2外部接続抵抗Rdが接続され
ており。
第1のサーミスタゾロメータRaと第2のサーミスタボ
ロメータRcとの接続部は第1の演算増幅器OP1の入
力端と接続され、第3のサーミスタボロメータR×と第
1外部接続抵抗Rbとの接続部は第2の演算増幅器OP
2の入力端に接続されている。上記第1、第2の演算増
幅器OP1.OP2の各出力側は、この各増幅器op、
 、 op2の出力vt+v3に加算してその演算結果
を出力端子13よシ出力する加算器12に接続されてい
る。
次に、上述した光−抵抗値変換素子1と、直流温度ドリ
フト補償回路100作用を説明する。
1ず、光−抵抗値変換素子1の採光窓部8に被測定体(
図示せず)刀1ら放射エネルギーが集光されると、この
窓部8に取り付けられているフィルタ9により赤外光が
選択されて第1のサーミスタゾロメータRaの受光面C
に赤外光が照射される。
こうして第1のサーミスタボロメータRaは上記赤外光
の光量に応じた抵抗値を有することになるが。
この第1のサーミスタボロメータRaの両側に設けられ
ている第2.第3のサーミスタボロメータRc 、 R
xについては、キャップ7と遮光板4.4により遮光さ
れているため照射される光には影響されず、その周温の
みに応じた抵抗値を有することになる。すなわち、第2
.第3のサーミスタボロメータRc、Rxは、第1のサ
ーミスタボロメータRaと同一パツケーノ内にあるため
第1のサーミスタゾロメータRaと同等の温度条件下に
置かれていることと、各サーミスタボロメータRa、R
c、Rxu互いに同等とされる熱容量及び熱伝導率を有
しているため、各サーミスタゾロメータRa、 Rc、
 Rxは周温の変化に対1.てその抵抗値が同率で変動
することになる。。
次に、補償回路100作用を説明する。尚、ここでは第
1のサーミスタがロメータRaiエネルギー検出抵抗R
aとして、第2のサーミスタ?ロメータR,c′t−負
荷抵抗Rcとして、また第3のサーミスタゾロメータR
xを周温補償抵抗として説明する。
まず、検出抵抗Raと負荷抵抗Rcとを流れる電流t?
Iiとし、入射エネルギーによる検出抵抗Raの変化量
をΔRaとすると、検出抵抗Raと負荷抵抗Rcとの間
に発生する電圧Vは次式■工り得られる。
Rc −Ra−2ΔRa 、E     、00.、、
 (I)v=−■T麻−一 ■式においてRa =−RCならば 4           ・・・・・・■v=1丁ΔR ここで検出抵抗Raの0℃での抵抗をRo(To)、サ
ーミ2りi定数をB、絶対温度翰をTo、周温をTとす
ると、検出抵抗Raと絶対温度の関係は。
1 Ra(T) =Ro(To) exp(B(W −z月
で表わされ、 が得られ、上式■、■より ・=〒E°ΔT と表わすことができる。従って入射エネルギーの変化を
直流的にとりだすことができる。
然しながら検出抵抗Raと負荷抵抗ReにおけるB足数
を、完全に一致させることは不可能であるから■式にお
ける電圧Vは周温に依存したものとなる6゜すなわち、
第1の演算増幅器0P1i介して出力される電圧Vlは
第5図に示すグラフで示されるように周温に対してLl
というドリフトが生ずることになり、このり、上に入射
エネルギーによる変化Sが存在することになる。
ここにおいて、前記周温補償抵抗Rxが同一パッケージ
内に納められているので、検出抵抗Raと負荷抵抗Rc
の周温変化はこの周温補償抵抗Rxよシ検出することが
できる。従って、抵抗Rb、Rdにより電ffvの周温
変化と逆の特性の信号V2t’取シ出し。
第2の演算増幅器OP2において電圧Vlと逆の特性の
信号Vst作シ出すと共に、その電圧Vlとv3の信号
を加算器12に入力させると2その加算器12の出力v
(、は1周温による直流的なドリフトが取り除かれて、
入射エネルギーに比例した出力信号Sが得られることに
なる。すなわち、第2の演算増幅器OP2の出力は第゛
6図のグラフ図で示すように周温に対してLlの傾斜を
有しておシ、この傾斜52分が前記ドリフト分を相殺し
、加算器12の出力は第7図に示すように入射エネルギ
ーに比例した出力となる。
これは数式で説明すると。
Ra〆Rcの場合にv、、v2Fi、 で表わされ。
いから。
ΔR< Ra 、 Rc K工り 第2の演算増幅器OP2′t−通して となるようなRx、 Rh、 i’tct f求めれば
直流的な温度ドリフトは除去されることになる。
なお1本発明は放射温度計のみならず水分計等の光を媒
体とする計測機器に広く使用することができるものであ
る。
以上説明したように本発明°に係る光−抵抗値変換素子
によれば、第1.第2.第3のサーミスタゾロメータが
四−ノ9ツケージ内に組み込まれ、エネルギー検出抵抗
としてのサーミスタゴロメータ以外のサーミスタボロメ
ータは遮光されているので、エネルギー検出抵抗として
用いられるサーミスタゾロメータの周温を、他のサーミ
スタボロメータにより高精度で検出することができる効
果があセ、特に温度の急変があっても容易に追従できる
効果がある。
また本発明に係る補償回路によればドリフト分を、逆の
特性の信号を作シ出して相殺させるようにしたので、電
気的構成のみによ°つて、@流温度ドリフトヲ補償する
ことができる効果があり、チョッパ等の機械的な装置を
必要とせず、消費電力も小さいという効果がある。従っ
て信頼性が高く。
コン・セクトで安価な放射温度計を提供することができ
る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る光−抵抗値変換素子の一実施例を
示す正面図、第2図は同縦断面図、第3図は同横断面図
、第4図は本発明に係る補償回路の一実施例を示す回路
図、第5.6.7図は同回路の動作を説明するグラフ図
である。 3・・・ステム、4・・・遮光板、7キヤツプ、8・・
・採光窓部、Ra・・・エネルギー検出抵抗としての第
1のサーミスタボロメータ%Rc・・・負荷抵抗として
の第2のサーミスタボロメータ、 Rx・・・周温補償
抵抗としての第3のサーミスタゾロメータ、C・・・受
光面、Rb、Rd・・・抵抗、 十Ev 、−Bv・・
・直流バイアス電源。 OPl・・・第1の増幅器、OF2・・・第2の増幅器
、12・・・加算器。 特許出願人 株式会社千野製作所 代理人 井理士 西  村  教  光第4図 +Ey        10 148−

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  ステムと、該ステム上に設けられる少なくと
    も3個のサーミスタがロメータと、上記ステム上に取シ
    付けられ、上記各サーミスタボロメータを密閉状に覆う
    キャップと、上記サーミスタがロメータのうち1個のサ
    ーミスタゾロメータにおける受光面と対向する上記キャ
    ップの一部に形成される採光窓と、上記サーミスタゾロ
    メータにおける残シのサーミスタゾロメータの受光面と
    上記採光窓との間に設けられる遮光板と、を具備するこ
    とを特徴とする光−抵抗値変換素子。
  2. (2)ステムと、該ステム上に設けられる少なくとも3
    個のサーミスタゾロメータと、上記ステム上に取り付け
    られ、上記各サーミスタがロメータを密閉状に覆うキャ
    ップと、上記サーミスタゾロメータのうち1個のサーミ
    スタボロメータにおける受光面と対向する上記キャップ
    の一部に形成される採光窓と、上記サーミスタボロメー
    タにおける残りのサーミスタがロメータの受光面と上記
    採光窓との間に設けられる遮光板と、を具備する光−抵
    抗値変換素子を用いた直流温度ドリフト補償回路であっ
    て、上記サーミスタがロメータのうち採光窓と対向する
    受光面を有するサーミスタゾロメータは、放射エネルギ
    ーを受けるエネルギー検出抵抗として用いられ、他のサ
    ーミスタボロメータのうち一方は、上記エネルギー検出
    抵抗と直列に接続される負荷抵抗として用いられ、他方
    は周温補償抵抗として用いられており、この周温補償抵
    抗及び該補償抵抗と直列に接続される抵抗と、上記エネ
    ルギー検出抵抗及び負荷抵抗とは並列に接続され。 その並列接続された両端は直流バイアス電源と接続され
    ていると共に、上記エネルギー検出抵抗と負荷抵抗との
    間に発生する電圧を増幅する第1の増幅器と、上記周温
    補償抵抗と該補償抵抗に直列接続されている抵抗との間
    に発生する電圧を増幅し、上記第1の増幅器の出力信号
    とは逆の特性の信号を作り出す第2の増幅器と、上記第
    1の増幅器の出力と第2の増幅器の出力とを加算してそ
    の結果を出力する加算器と、を具備することを特徴とす
    る補償回路。
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