JPS61145424A - 温度測定方法 - Google Patents

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、温度測定方法に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

従来から被測定物の温度を、サーミスタを使用して測定
する方法が知られている。

第４図は、サーミスタを使用した、従来の温度測定方法
の一例を示すブロック図である。第４図に示されるよう
に、直流電源１は、ダミー抵抗２を介してサーミスタ３
に一定の大きさの直流電流を供給する。そして、リニア
ライブ４は、サーミスタ３の温度とサーミスタ３からの
出力電圧（Ｒｓ）との関係が線形になるように前記出力
電圧（Ｅｇ　）を補正する。即ち、サーミスタ３の抵抗
値とサーミスタ３の温度とは、第７図に示されるように
対数関係にあるので、サーミスタ３からの出力電圧（Ｒ
ｓ）とサーミスタ３の温度とは、極端な非線形の関係と
なる。従って、被測定物の温度を正確に測定することが
できない。そこで、リニアライザ４は、前記出力電圧（
Ｒｓ）とサーミスタ３の温度との関係が線形になるよう
に前記出力電圧（Ｆｉｇ）を補正する。

このように構成されている、従来の温度測定方法におい
ては、直流電源１から所定の直流電流がダミー抵抗２を
介してサーミスタ３に供給されると、サーミスタ３の両
端・間には、サーミスタ３の抵抗値に対応した出力電圧
（Ｒｓ）が現われる。前記出力電圧（Ｒｓ）は、ＩＪ　
ニアライザ４に印加され、これによって、出力電圧（Ｒ
ｓ）とサーミスタ３の温度との関係が線形に補正される
。従って、前記出力電圧（Ｒｓ）からサーミスタ３が取
り付けられた被測定物の温度が測定される。

しかし、上述した、従来の温度測定方法には、次の問題
がある。

（１）　　サーミスタの温度とサーミスタからの出力電
圧との関係を線形に補正するために、リニアライザを用
いる必要があるので、回路構成が複雑となる。

（２）サーミスタに直流電源からの電流が流れると、自
己発熱作用によってサーミスタの温度が上昇して温度の
測定精度が低下する。前記自己発熱作用によるサーミス
タの温度上昇を小さくするために、サーミスタに供給す
る電流の値を小さくすると温度の測定感度が低下してＳ
／Ｎ比が悪くなる。

（３）！ｊニアライザとして、入力信号と出力信号とが
対数関係にある対数増幅器を使用すると、一般に対数増
幅器は、入力信号と出力信号との関係を非線形にするた
めにトランジスタやダイオード等の非線形特性を利用し
ているので、対数増幅器の前記出力信号特性が対数増幅
器の温度変化によって変化すると、温度の測定精度が低
下する。

そこで、本願発明者等は、上述した問題点を解決するだ
めの方法として、以下に説明する。サーミスタを使用し
た温度測定方法（以下、先行技術という）を提案した。

以下に先行技術を図面を参照しながら説明する。

第５図は、先行技術のブロック図である。第５図に示さ
れるように、直流電源５は、後述する差動増幅器に基準
電圧（Ｅ１）を印加する。なお、直流電源５０代りに交
流電源を使用しても良い。そして、差動増幅器６は、負
帰還回路および正帰還回路を有する。負帰還回路は、差
動増−幅器６の（−）側の入力端子と差動増幅器６の出
力端子との間に接続された負帰還用抵抗マと、差動増幅
器６の（−）側の入力端子と直流電源５との間に接続さ
れた負帰還用抵抗８とからなる。そして、正帰還回路は
、差動増幅器６の出力端子と差動増幅器６の（＋）側の
入力端子との間に直列に接続したサーミスタ９および正
帰還用抵抗１０と、差動増幅器６の（＋）側の入力端子
と大地との間に接続された正帰還用抵抗１１とからなる
。

このように構成されている、先行技術においては、直流
電源５から基準電圧（Ｒｓ）を差動増幅器６に印加する
と、差動増幅器６の出力電圧（ｇ０）は、下記（１）　
、　（２）および（３）式から、下記（４）式のように
表示される。

Ｒ２Ｒ１ Ｒ４・Ｅ。

Ｅｆ２中ＥｆＩ　　　　　　　　　・・・（３）但し、
上記（１）　、　（２）　、　（３）および（４）式に
おいて、Ｅｌ：基準電圧、 Ｅｏ：差動増幅器６の出力電圧、 Ｅｆ：差動増幅器６の（−）側の入力端子の電圧、 Ｅｆ２；差動増幅器６の（＋）側の入力端子の電圧、 Ｂ、：負帰還用抵抗７の抵抗値、 Ｒ２：負帰還用抵抗８の抵抗値、 Ｒｓ：正帰還回路に接続されたサーミスタ９の抵抗値、 Ｂ、：正帰還用抵抗１０の抵抗値、 Ｒ４：正帰還用抵抗１１の抵抗値、 Ｎ　：正帰還がない場合の差動増幅器６の増幅度（”＋
／Ｒｔ）、 β　：差動増幅器６の正帰還率 （Ｒ４／　（Ｒｇ　＋　ａ　ｓ　＋　Ｒ４）　）。

上記（４）式から明らかなように、増幅度（Ｎ）および
正帰還率＠をそれぞれ所定の大きさに設定すると、差動
増幅器６の出力電圧（ＩＣｏ　）は、サーミスタ９の抵
抗値（Ｒｓ）に対応して変化する。

そこで、サーミスタ９の温度を所定の温度に維持し、上
記増幅度（Ｎ）または正帰還率（ロ）の少なくとも１つ
を、差動増幅器６の出力電圧（Ｅ０）が増大するように
調整する。これによって、差動増幅器６の出力電圧（Ｋ
Ｏ）　　と正帰還率（ロ）とは、第６図に示されるよう
に、正帰還率（β）の増加に伴って出力電圧（Ｅ０）　
　が非線形状に増大する関係となる。

前記出力電圧（ｒ０′）　　と前記正帰還率（β）との
前述した関係によって、出力電圧（Ｅ０）とサーミスタ
９の温度との関係が線形に補正される。

これについて更に説明すると、サーミスタ９の抵抗値（
Ｒｓ）とサーミスタ９の温度とは、第７図に示したよう
な対数関係にある。即ち、サーミスタ９の温度変化に対
するサーミスタ９の抵抗値の変化率は、サーミスタ９の
温度が高くなる程、小さくなり、一方、サーミスタ９の
温度が低くなる程、大きくなる。しかし、差動増幅器６
の出力電圧（ｍｏ’）と正帰還率（β）との関係を第６
図に示される関係、即ち、正帰還率（β）の増大に伴っ
て前記出力電圧（Ｅ０）が対数的に増大する関係にすれ
ば、前記出力電圧（ｇｏ　）　　とサーミスタ９の温度
との関係を第８図に示されるように線形に補正すること
ができる。

差動増幅器６の出力電圧（Ｅ０）とサーミスタ９の温度
との関係を線形にするには、サーミスタ９を所定の温度
に維持し、正帰還率（β）を所定値に設定する。そして
、差動増幅器６の出力電圧（ＥＯ）が、予め演算した、
サーミスタ９が前記所定の温度のときの差動増幅器６の
出力電圧に等しくなるように、増幅度（Ｎ）の値を調整
する。

以上説明したように、上述した先行技術によれば、以下
の効果がもたらされる。

（１）従来のように、サーミスタの温度とサーミスタか
らの出力電圧との関係を線形に補正するためのりニアラ
イザを使用しないので、回路構成が簡素化される。

（２）温度の測定感度が非常に高いので、サーミスタに
流す電流を微小に設定することができる。

このために、自己発熱によるサーミスタの温度上昇が無
視できるので、温度の測定精度が大幅に向上する。

（３）　　差動増幅器の出力電圧を線形素子（抵抗）の
みで線形化しているので、従来の方法のようにトランジ
スタやダイオード等の非線形素子からなるＩＪ　ニアラ
イザによって前記出力電圧を線形化する場合に比べて、
温度の測定精度が向上する。

しかし、上述した先行技術には、次の問題がある。

（１）測定感度とバイアス電圧（Ｅわ　とを独立して調
整することができないので、バイアス電圧０ＣＯ）を変
えると測定感度が変化し、測定感度を変えるとバイアス
電圧（Ｅ０）が変化する。従って、サーミスタ９が基準
温度のときの差動増幅器１３からの出力電圧（Ｅ０）を
Ｏｖに設定することができない。なお、前記測定感度と
は、゛サーミスタ９の温度変化に対する差動増幅器１３
からの出力電圧（Ｅ０）の変化の割合であり、バイアス
電圧（ｇ０′）とは、サーミスタ９が基準温度のときの
差動増幅器１３からの出力電圧（第８図参照）である。

（２）測定感度とバイアス電圧（Ｅ０′）　　とを独立
して調整することができないので、増幅度（Ｎ）を大き
い値に設定すると、バイアス電圧（ＩＣ’Ｏ）　　が増
加してサーミスタ９の温度がわずかに上昇しただけで出
力電圧（ｇｏ　）が飽和する。従って、温度の測定範囲
が極めて狭くなる。

〔発明の目的〕

従って、この発明の目的は、測定感度とバイアス電圧と
を独立して調整することができる温度測定法を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

この発明は、負帰還回路および正帰還回路を有する差動
増幅器１３の（−）側の入力端子に負帰還用抵抗１５を
介して基準電圧（Ｅ１）を印加し、前記正帰還回路に接
続されたサーミスタ１７の温度変化に対応して変化する
前記差動増幅器１３からの出力電圧（Ｅ１）によって、
被測定物の温度を測定する方法において、 前記出力電圧（Ｅ０）を倍率器１６によって（Ｋ）倍に
変換して前記サーミスタ１７に印加し、そして、前記差
動増幅器１３の（１）側の入力端子に正帰還用抵抗１８
を介して感度調整用電圧（Ｅ１）を印加し。

かくして、前記基準電圧（Ｅ１）によって前記出力電圧
（Ｅ０）のバイアス電圧（弓）を、そして、前記感度調
整用電圧（Ｅ１）によって測定感度を調整可能としたこ
とに特徴を有する。

〔発明の構成〕

この発明の一実施態様を図面を参照しながら説明する。

第１図は、この発明の一実施態様のブロック図である。

第１図に示されるように、第１直流電源１２は、後述す
る差動増幅器に基準電圧（Ｅ１）を印加する。なお、第
１直流電源１２は、交流電源であっても良い。差動増幅
器１３は、負帰還回路および正帰還回路を有する。前記
負帰還回路は、差動増幅器１３の（−）側の入力端子と
差動増幅器１３の出力端子との間に接続された負帰還用
抵抗１４と、差動増幅器１３の（−）側の入力端子と第
１直流電源１２との間に接続された負帰還用抵抗１５と
からなる。前記正帰還回路は、差動増幅器１３の出力端
子と差動増幅器１３の（＋）側の入力端子との間に設け
られた倍率器１６およびサーミスタ１７と、差動増幅器
１３の（＋）側の入力端子と後述する第２直流電源との
間に接続された正帰還用抵抗１８とからなる。倍率器１
６は、差動増幅器１３からの出力電圧（Ｅ０）を所定電
圧に降下させてサーミスタ１７に印加し、サーミスタ１
７が自己発熱することを防止する。そして、第２直流電
源１９は、正帰還回路に所定の直流電圧を印加して、測
定感度を調整する。なお、第２直流電源１９は、交流電
源であっても良い。

このように構成されている、この発明の一実施態様にお
いては、第１直流電源１２から基準電圧（Ｅ１）を差動
増幅器１３に印加すると、差動増幅器１３の出力電圧（
ｇ０）は、下記（５）　、　（６）および（７）式から
、下記（８）式のように表示される。

Ｒｓ（Ｅｌ−Ｅｔ、　）キＲｅ　（Ｗｔ、　−Ｅｏ　）
　　　−（５）Ｒｓ　（Ｅｚ　−”ｔｔ　）　＝”？　
（Ｅｒｔ　−Ｋ”ｏ　）　　　　・・・（６）Ｒｆ、　
　中　Ｅｆｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　・・・（マ）＝　　Ｒ
５Ｅｌ＋（Ｒ５＋Ｒ６）　（ＲｆＥ２／　（Ｒ７＋Ｒｓ
）　）但し、上記（５）　、　（６）　、　（７）およ
び（８）式において。

Ｅｌ：第１直流電源１２からの基準電圧。

Ｅ、：第２直流電源１９からの感度調整用電圧、 Ｅｏ：　　　　　　　　゛”、” ＆差動増幅器１３の出力電圧、 ｍｆｌ：差動増幅器１３の（−）側の入力端子の電圧、 Ｅｆ２：差動増幅器１３の（＋）側の入力端子の電圧、 Ｒ６：負帰還用抵抗１４の抵抗値、 Ｂ６＝負帰還用抵抗１５の抵抗値、 Ｒ７：正帰還用抵抗１８の抵抗値、 Ｒｓ：サーミスタ１７の抵抗値、 Ｎ　：正帰還がない場合の差動増幅器１３の増幅度（Ｒ
５／Ｒｅ）、 β　：差動増幅器１３の正帰還率 （Ｒ？／（Ｒｓ＋Ｒ？）　＞、 Ｋ　：倍率器１６の定数。

上記（８）式から明らかなように、サーミスタ１７を基
準温度に維持し、増幅度（Ｎ）、正帰還用抵抗１日の抵
抗値（Ｒ７）および第２直流電源１９からの感度調整用
電圧（Ｒ２）をそれぞれ所定値に設定すると、第１直流
電源１２からの基準電圧（Ｅ１）の値を調整することに
よって、差動増幅器１３からの出力電圧（Ｅ０）をＯｖ
に設定することができる。即ち・、サーミスタ１７が基
準温度のときの差動増幅器１３からの出力電圧（Ｅ０）
をＯｖに設定することができる。

このようにして、出力電圧（ｇ０）のバイアス電圧をＯ
ｖに設定したら、差動増幅器１３からの出力電圧（ｇ０
）が；サーミスタエフが所定温度のときの差動増幅器１
７からの、予め演算した出力電圧に等しくなるように、
倍率器１６の定数（Ｋ）の値を設定する。これによって
、サーミスタ１７の温度と差動増幅器１３からの出力電
圧（ｇ０）との関係を線形にすることができる。

第２図に、倍率器１６の定数（Ｋ）をｏ、１５、第１直
流電源１２からの基準電圧（Ｅ１）を−０，２１８Ｖ、
および、第２直流電源１９からの感度調整用電圧（Ｅり
を−０，３６３Ｖ　に設定したときのサーミスタ１）の
温度と差動増幅器１３からの出力電圧（ＥＯ）との関係
を示す。

第２図から明らかなように、サーミスタエマが基準温度
（２５℃）のときの差動増幅器１３からの出力電圧（Ｋ
Ｏ）は、Ｏｖであシ、サーミスタ１フの温度と差動増幅
器１３からの出力電圧（Ｅ０）との関係は、線形である
。

第２図に示した例においては、２５℃から８０℃の温度
がＯｖから５ｖの電圧で表示されているが、測定感度を
２倍にするには、即ち、前記温度をＯＶからＩＯＶの電
圧で表示するには、第２直流電源１９からの感度調整用
電圧（Ｒ２）の値を２倍、即ち、−０，７２６Ｖに設定
し、そして、この状態でバイアス電圧をＯＶに設定する
ために、第１直流′電源１２からの基準電圧（Ｅ１）の
値を２倍、即ち、−０，４３６Ｖに設定する。このよう
にして、測定感度を２倍にしたときのサーミスタ１７の
温度と差動増幅器１３からの出力電圧（ｇ０）との関係
を第２図中点線で示す。

第３図に、測定感度およびバイアス電圧（Ｅ０′）を同
時に調整することができる、この発明の他の実施態様の
ブロック図を示す。

第３図に示された、この発明の他の実施態様は、第１図
に示した発明の一実施態様において、第１直流電源１２
を省略し、第２直流電源１９と負帰還用抵抗１５との間
に倍率器２０を接続した点が第１図に示した発明と異な
る。

前記（８）式において、サーミスター７を基準温度に維
持し、増幅度（Ｎ）、第２直流電源１９からの感度調整
用電圧（Ｒ２）および差動増幅器１３の正帰還率（β）
を所定の値に設定すると、差動増幅器１３からの出力電
圧（Ｅ０）をＯｖにするための基準電圧（Ｅ１）は、自
ずから決まる。

そこで、第２直流電源１９からの感度調整用電圧（Ｒ２
）を倍率器２０によって（→倍し、このようにして得ら
れた電圧（ＭＢ２）を差動増幅器１３の（−）側の入力
端子に負帰還用抵抗１５を介して印加する。

倍率器２０の定数（Ｍ）は、サーミスター７が基準温度
のときに、前記（８）式の分子がＯになる値、即ち、 に設定する。

これによって、サーミスタ１７の温度と差動増幅器１３
からの出力電圧（ＥＯ）との関係を線形にすることがで
きると共に、バイアス電圧（Ｅ０）および測定感度を同
時に調整することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、測定感度とバ
イアス電圧とを独立して調整することができるので、測
定感度を変えてもサーミスタが基準温度のとき゛の差動
増幅器からの出力電圧（Ｅ０）をＯＶに設定することが
でき、かつ、増幅度（Ｎ）を大きい値に設定しても温度
の測定範囲が狭まることがないといった有用な効果がも
たらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施態様のブロック図、第２図
は、この発明の一実施態様によるサーミスタの温度と差
動増幅器からの出力電圧との関係を示すグラフ、第３図
は、この発明の他の実施態様を示すブロック図、第４図
は、従来の温度測定方法のブロック図、第５図は、先行
技術の温度測定方法のブロック図、第６図は、先行技術
における差動増幅器の出力電圧（Ｅ０）と正帰還率（β
）との関係を示すグラフ、第７図は、先行技術における
サーミスタの抵抗値（Ｒｓ）とサーミスタの温度との関
係を示すグラフ、および、第８図は、先行技術における
差動増幅器の出力電圧（Ｅ０）とサーミスタの温度との
関係を示すグラスである。 １・・・直流電源　　　　　２・・・ダミー抵抗３・・
・サーミスタ　　　　４・・・リニアライザ５・・・直
流電源　　　　　６・・・差動増幅器マ、８・・・負帰
還用抵抗　　　９・・・サーミスタ１０、ｍｌ・・・正
帰還用抵抗　　１２・・・第１直流電源１３・・・差動
増幅器　　　　１４．１５・・・負帰還用抵抗１６・・
・倍率器　　　　　　１フ・・・サーミスタ１８・・・
正帰還用抵抗　　　１９・・・第２直流電源２０・・・
倍率器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）負帰還回路および正帰還回路を有する差動増幅器
   （１３）の（−）側の入力端子に負帰還用抵抗（１５）
   を介して基準電圧（Ｅ＿１）を印加し、前記正帰還回路
   に接続されたサーミスタ（１７）の温度変化に対応して
   変化する前記差動増幅器（１３）からの出力電圧（Ｅ＿
   ０）によつて、被測定物の温度を測定する方法において
   、 前記出力電圧（Ｅ＿０）を倍率器（１６）によつて（Ｋ
   ）倍に変換して前記サーミスタ（１７）に印加し、そし
   て、前記差動増幅器（１３）の（＋）側の入力端子に正
   帰還用抵抗（１８）を介して感度調整用電圧（Ｅ＿２）
   を印加し、かくして、前記基準電圧（Ｅ＿１）によつて
   前記出力電圧（Ｅ＿０）のバイアス電圧（Ｅ＿０′）を
   、そして、前記感度調整用電圧（Ｅ＿２）によつて測定
   感度を調整可能としたことを特徴とする温度測定方法。 （２）前記感度調整用電圧（Ｅ＿２）を倍率器（２０）
   を介して（Ｍ）倍に変換し、前記（Ｍ）は、 Ｍ＝１／［（１＋１／Ｎ）β］ 但し、Ｎ：差動増幅器（１３）の増幅度（Ｒ＿５／Ｒ＿
   ６）（Ｒ＿５：前記差動増幅器 （１３）の（−）側の入力端子と前記 差動増幅器（１３）の出力端子と の間に接続された負帰還用抵 抗（１４）の抵抗値、Ｒ＿６：前記負 帰還用抵抗（１５）の抵抗値）、 β：差動増幅器（１３）の正帰還率 （Ｒ＿７／（Ｒ＿ｓ＋Ｒ＿７）（Ｒ＿７：前記正帰還用
   抵抗（１８）の抵抗値、 Ｒ＿ｓ：前記サーミスタ（１７）の 抵抗値） で表わされ、このようにして得られた電圧（ＭＥ＿２）
   を前記基準電圧（Ｅ＿１）とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の方法。