JPS61118631A - サ−ミスタを用いた温度計の抵抗/温度信号変換回路 - Google Patents

サ−ミスタを用いた温度計の抵抗/温度信号変換回路

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JPS61118631A
JPS61118631A JP24002884A JP24002884A JPS61118631A JP S61118631 A JPS61118631 A JP S61118631A JP 24002884 A JP24002884 A JP 24002884A JP 24002884 A JP24002884 A JP 24002884A JP S61118631 A JPS61118631 A JP S61118631A
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JP
Japan
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thermistor
resistance
constant current
microcomputer
temp
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JP24002884A
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English (en)
Inventor
Tsutomu Shibata
柴田 勤
Akihiko Hirabayashi
明彦 平林
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Hioki EE Corp
Original Assignee
Hioki Denki KK
Hioki EE Corp
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Publication date
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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
    • G01K7/16Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements
    • G01K7/22Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor
    • G01K7/24Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit
    • G01K7/25Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements the element being a non-linear resistance, e.g. thermistor in a specially-adapted circuit, e.g. bridge circuit for modifying the output characteristic, e.g. linearising

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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】 [発明の技術分野] この発明は、例えばサーミスタを感温素子に用いた温度
計において、サーミスタの抵抗値を検出し、その検出信
号から温度信号を得る場合の抵抗/温度信号変換回路に
関するものである。
[発明の技術的背景] サーミスタは周囲温度の変化に対して抵抗の変化が比較
的大きく、また、その応答速度も速いので、従来から温
度検出用計測器類の感温素子として使用されている。こ
の種の計測器においては、まずサーミスタの抵抗値を検
出し、その検出信号を温度信号に変換して被測定物の温
度を知るという手段が一般的に採られている。
このサーミスタの抵抗は、第3図の実線で示されている
ように、温度に対してほぼ指数関数曲線に沿って変化す
ることが知られているから、例えば抵抗値の検出信号を
その曲線に沿って温度信号に変換すれば正確な温度値が
得られることになる。
しかしながら、広い温度範囲にわたり指数関数曲線に沿
って安定に作動する変換回路を簡単に構成することが困
難であった。そこで一般には、同図に示されているよう
に測定温度範囲を例えば(A)。
(B)、(C)、(D)等いくつかの区間に分け、上記
曲線を各区間ごとに点線で示されるような傾斜が異なる
直線で近似させたりニアライザと称する直線化回路を設
け、抵抗値の検出信号をこの近似直線に沿って温度信号
に変換するようにしている。
このような直線化回路の一例として、演算増幅器に抵抗
とダイオード等を組み合わせて構成した回路があるが、
測定精度を上げるために温度範囲を細かく分けると、そ
れに応じて部品点数や調整工数が増加し、コストアップ
をきたすという難点がある。また、部品点数の増加は機
器の小形化という面からも好ましくない。
[発明の目的] この発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的は
、抵抗値の検出信号に対しマイクロコンピュータを利用
して信号処理を行うことにより、直線化回路等を使用し
ない簡単な構成で指数関数曲線に沿った温度信号が得ら
れるようにした温度計の抵抗/温度信号変換回路を提供
することにある。
[発明の原理] 次に、この発明の原理の大要を説明すると、サーミスタ
の抵抗と温度との関係は、よく知られているように次式
で与えられる。
r=RoexpB ((1/T)  (1/T0)) 
・・(1)Z ’TF ゛) T o 、 T :周囲温度[K] Ro、r:周囲温度がそれぞれT o 、 Tにおける
サーミスタの電気抵抗 B   :サーミスタ定数[K] である。
式(1)を書き直すと、 T=B/ ((B/T 0)−(inRo +’nnr
)”=・・(2)となる。この式(2)の右辺において
、Toはこの場合適宜に設定された基準温度、Roはそ
の基準温度T、におけるサーミスタの基準抵抗、rはこ
の基準抵抗R8の近傍におけるサーミスタの任意の抵抗
とすれば、式(2)の左辺の温度Tはこの抵抗にを変数
とする連続関数とみなせるから、T−f (r)とおく
ことができる。
よって、抵抗が上記任意の値rのときの温度T。
すなわちf (r)は、抵抗R8を基準とし、この抵抗
Roから任意の抵抗rのまでの区間について上記f (
r)にテーラ展開を施し、その各項の係数に既知の数値
を代入すれば求めることができる。
このテーラ展開級数を高次項まで計算すればそれだけ誤
差も少なくなるが、この種の温度計においては4次項程
度で実用上十分の精度を得られることが実験的に確めら
れたので、例えばT = f a(r)とおいて4次項
まで展開すると、f4(r)=f(R0)+(r−R0
)f’ (R0)+ ((r−R0)2/2 りf’ 
(R0)+((r  R0)3/31)f” (R04
)十((r・R,0)’ /4 り f#’ (RO)
・・・・・・・・(3)となる。
式(3)を次のように書き換える。
f4(r)=ao+at (r−R0)+a2(r−R
0)” +a3(r−R0)3+a4.(r R0)’
・・・・・・・・・・・・(3)′ただし、式(3)′
の各係数aOないしa4は、a o = f (r)y
−R。
a 1 == f ’ (r)γmR。
a  2  =(1/2 1)f ” (r)丁−e。
a −=(1/31) f ” (r)r−eoa 4
 =(1,/41 )f ” (r)r=p。
である。
ここで、係数aoは、式(2)においてr = R。
とおくことにより求められ、 a・o : T o・・・・・・・・・・・(4,1)
となる。
係数a1は、式(2)を微分しr = Roとおくこと
により求まる。
すなわち、 f’ (r)” [B’  ((B/T0)  QnR
o+Qnr)  B ((B/T0)−QnR,o +
Qnr) ’ ] / ((B/T0)−QnRo 十
Qnr) 2=−B(]/r)/ ((B/T0)−Q
nRo +Qnr) ”よって、 a  x   ”  f  ’   (r)y=*aニ
ーTo”/BRo・・・・・・・(4,2)となる。
同様にして、各係数a2ないしa4が得られる。
途中の計算を省略して結果のみを示すと、az =(1
/2 りf“(r)y=R。
=(1/21)(To″/BR02) (1+2(T0
/B)} ・=−(4,3)a3=(1/3 i)f”
 (r) r=Ra=−(1/3 +)(To” /B
Ro3) [2+6(To/B) (1+(T。
/B)) ]・・・・・・・・・・・・・・・・(4,
4)aa =(1/41)f’ ” (r) y =’
R(1”(1/4 ! )(T02/BR04 ) [
6+(To/B) (22+(T0/B){36+24
T、、、■))]・・・・・・・・・・(4,5)とな
る。
これら各係数を表わす式によれば、測定温度範囲をn箇
の区間に分けた場合、各区間ごとに基準温度Ton(n
=1,2.・・・、n)を設定すると、使用するサーミ
スタの特性からその温度に対する基準抵抗Ran(n=
1,2.  ・・・+ n)が定まり、また、定数Bも
使用するサーミスタにおいては既知であるから、各係数
の値が定まることは容易にわかる。
これらの係数aoないしa4の値を式(3)′に代入す
れば、それぞの区間において、その区間内の任意の抵抗
rに対する温度T=f4(r)を原性性曲線、すなわち
サーミスタの指数関数曲線に沿って求めることができる
[実 施 例コ 以下、この発明を添付図面に示された一実施例により詳
細に説明する。
第1図にはこの発明が適用された温度計が示され、い、
。1図や参照すうお、ヶー、ユウ1,3.よ     
;例えば定電流回路2から一定電流が供給されるように
なっている。この電流が大き過ぎると、自己加熱によっ
てサーミスタ1の抵抗が変化し、不正確な温度を測定す
るおそれがある。そのため、図示しないレンジ設定器に
よって1つの区間が選択されると、この一定電流はそれ
に応じて所定のレベルに切り換えられる。この場合、例
えばどの区間が選択されたかというレンジ設定信号がマ
イクロコンピュータ5から送られるようになっている。
この一定電流がサーミスタ1に加えられると、その両端
には、そのときのサーミスタ1の抵抗に上記一定電流を
乗じた大きさの電圧が発生し、バッファ増幅器3を介し
てA/D変換器4に入力される。この場合、上記バッフ
ァ増幅器3は、サーミスタ1からの入力電圧に対して直
線比例する出力電圧が得られるような増幅特性を有し、
非直線ひずみによる誤差が発生しないようにされている
このバッファ増幅器3の出力電圧は、A/D変換器4に
よりディジタル信号に変換され、マイクロコンピュータ
5において信号の演算処理がなされた後、そのデータが
表示器6などに表示されるようになっている。
上記マイクロコンピュータ5は、例えば図示しないRO
MとRAMおよび演算器等が備えられており、ROMに
格納されているプログラムにしたがって入力信号の演算
処理が行われる。この場合、上記A/D変換器4から入
力されるディジタル信号は、上記サーミスタ1に既知の
一定電流を流して発生させたアナログ電圧を変換したも
のであるから、サーミスタ1の抵抗値は簡単に求められ
る。
第3図をほぼ同様に書き直した第2図を参照しながら更
に説明を加えると、サーミスタ1の抵抗/温度特性を表
わす指数関数曲線f (r)において、上記したように
図示しないレンジ設定器により例えば区間(B)が選択
されたものとする。この区間(B)における基準点は曲
線f (r)上の点Pに設定されており、温度目盛上で
はT o 、サーミスタ1の抵抗目盛上においてはRo
の点である。
マイクロコンピュータ5においては、区間(B)におい
て上記サーミスタ1に流される一定電流の値をを算出し
、この電流値と上記A/D変換器4から入力される電圧
値とから、曲線f (r)上の例えば点Qにおけるサー
ミスタ1の抵抗値にを演算する。
次に、この抵抗値rと既知の値Ro 、 T o 、 
Bを用いて式(4,1)ないしく4.5)に示された各
係数a。
ないしa4を求め、式(3)′によりf 4(r)を演
算すれば、区間(B)における点Qの温度Tの近似値が
求まる。
[効   果] 以上、説明したように、この発明による温度計は、サー
ミスタ1を感温素子に用い、サーミスタ1の抵抗/温度
特性を勘案して温度測定範囲を切換え可能な複数の区間
に分け、その区間ごとに基準温度Toとそれに対応する
サーミスタ1の基準抵抗Roが設定されている。このサ
ーミスタlには上記区間に応じて所定倍率の大きさの一
定電流が流されるようになっており、上記一定電流を発
するための定電流回路2と、上記一定電流によって発生
するサーミスタ1の両端の電圧をディジタル信号に変換
するA/D変換器4と、このディジタル信号からそのと
きのサーミスタ1の温度Tを演算するマイクロコンピュ
ータ5とを備えている。
このマイクロコンピュータ5の演算データは、数字表示
器6に表示されるようになっている。この場合、上記マ
イクロコンピュータ5においては、A/D変換器4を介
してディジタル信号に変換されたサーミスタ1の両端の
電圧とサーミスタ1に流された一定電流とから、まず、
その抵抗値rが算出される。次に、この抵抗値rと区間
ごとに設定された上記T o 、 R,oおよび既知の
サーミスタ定数Bとからほぼ指数関数曲線に沿って変化
するサーミスタ1の抵抗/温度特性f (r)について
、そのテーラ展開級数の例えば式(4,1)ないしく4
.5)に示された各項の係数が演算され、更に、これら
の演算データと既知の定数とから式(3)′ によりそ
のときの温度Tの近似値が算出されるようになっている
L @ 7’l’ −) r・3″′発明1°16温度
計1°”L、N r +t・    i上記説明と第2
図から明らかなよりに、測定したサーミスタ1の抵抗値
rに対応する所望の温度Tは、その抵抗/温度特性曲線
T = f (r)に沿いマイクロコンピュータ5を利
用して演算により求めることができる。そのため、複雑
な回路構成によって第3図に示されるような直線近似化
を計る必要がなく、装置のコスト面や小形化の点で有利
であり、量産性にも優れている。
なお、この実施例においては、T = f (r)のテ
ーラ展開級数を4次項まで演算する場合について説明さ
れているが、温度計としての要求精度によりその演算次
数が決められることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明にがかる抵抗/温度信号変換回路の一
実施例を示すブロック線図、第2図はその作用説明図、
第3図はサーミスタを使用した従来例の温度計における
直線化回路の説明図である。 図中、■はサーミスタ、2は電流回路、4はA/D変換
器、5はマイクロコンピュータ、6は表示器である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (a)サーミスタを感温素子とし、該サーミスタに一定
    電流を流すための定電流回路と、 (b)該定電流回路からの一定電流により上記サーミス
    タに発生する電圧をディジタル信号に変換するA/D変
    換器と、 (c)該A/D変換器の出力と上記一定電流とから上記
    サーミスタの抵抗値にを算出するとともに、上記サーミ
    スタに与えられた定数Bおよび上記サーミスタに設定さ
    れた基準温度T_0と基準抵抗R_0とを用いて少なく
    とも下記(イ)ないし(ホ)に示される式a_0ないし
    a_4を演算し、これらにより被測定物の温度Tを式(
    ヘ)から算出するマイクロコンピュータとを備え、 該マイクロコンピュータの出力を表示器に表示すること
    を特徴とするサーミスタを用いた温度計の抵抗/温度信
    号変換回路。 (イ)a_0=T_0 (ロ)a_1=−T_0^2/BR_0 (ハ)a_2=(1/2!)(T_0^2/BR_0^
    2){1+2(T_0/B)}(ニ)a_3=−(1/
    3!)(T_0^2/BR_0^3)[2+6(T_0
    /B){1+(T_0/B)}] (ホ)a_4=(1/4!)(T_0^2/BR_0^
    4)[6+(T_0/B){22+(T_0/B)(3
    6+24@T_0/B@)}](ヘ)T=a_0+a_
    1(r−R_0)+a_2(r−R_0)^2+a_3
    (r−R_0)^3+a_4(r−R_0)^4
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03115821A (ja) * 1989-09-29 1991-05-16 Nkk Corp 温度測定装置
JPH06186090A (ja) * 1992-07-03 1994-07-08 Hochiki Corp 熱アナログ式火災感知器
US5655841A (en) * 1992-07-01 1997-08-12 Whessoe Varec, Inc. Error-compensated temperature measuring system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS597228A (ja) * 1982-06-17 1984-01-14 ウエスチングハウス エレクトリツク コ−ポレ−シヨン 温度監視装置

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