JPS6252615A - 温度・周波数変換器 - 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】 （産業上の利用分野） 温度を精確に測定し、或いは制御することはあらゆる科
学・工業の分野で必要とされている。本発明は、雰囲気
を成る設定温度に保つための温度制御の方法と、この方
法を実現するために必要な温度計測回路に関するもので
ある。

（従来の技術と問題点） 温度センサからの出力をアナログ・ディジタル変換し、
基準設定温度との差をディジタル信号処理し、その結果
を温度アクチュエータに帰還する方法が、温度制御に広
く用いられている。このディジタル制御によれば、高精
度でかつ柔軟性に富む制御回路が実現できるが、温度を
ディジタル情報として取り出すアナログ・ディジタル変
換器、ディジタルの微積分演算を行うためのマイクロ・
プロセッサｔ　演算結果をアクチュエータに帰還するた
めのディジタル・アナログ変換器等が必要であるため、
制御回路が複雑でかつ高価となる。

本発明はこのような点にがんがみて創案されたもので、
安価で高精度のディジタル温度制御回路を提供すること
を目的としている。

（問題点を解決するための手段） 第１図は本発明の温度制御方法を示すブロック図であっ
て、１は基準クロック信号発生器、２と４はディジタル
分周器、３は温度変化を周波数変化に変換する温度・周
波数変換器、５は２つの分周器からの信号の位相を比較
する位相比較器であって、位相比較器の出力が増幅、濾
波された後温度アクチュエータに帰還される。

第２図は上記温度制御方法を実現するのに必要な本発明
の温度・周波数変換器のブロック図であって、２１と２
４は抵抗、２２は直流電源、２３はサーミスタ抵抗に逆
比例する電流値をもつ定電流源、２５はキャパシタ、２
６はコンパレータ、２７は単安定回路。

２８はスイッチであって、単安定回路２７はキャパシタ
２５の端子電圧が定電流源２２の端子電圧に達した時、
コンパレータによってトリガされ、一定パルス幅の信号
を出力する。スイッチ２８はこのパルス期間中閉じ、キ
ャパシタ２５を放電する。

（作用） 第１図において、基準クロック信号発生器１の発振周波
数をｒｃ９分周器２の分周比を門とすれば、位相比較器
５の入力端子５１への入力信号周波数はｆｃ／Ｈとなる
。一方、温度センサの雰囲気温度をＴ（０Ｋ）。

温度・周波数変換器３の感度をＳ、分周器４の分周比を
Ｎとすれば、位相比較器５の入力端子５２への入力信号
周波数はＳＴ／Ｎとなる。位相比較器５はこれら２つの
信号の位相差に比例する電圧を出力する。この出力電圧
を位相差が零となるように、温度アクチュエータに負帰
還すれば、 ｒｅ／Ｍ＝ＳＴ／Ｎ　　　　　　　　　（１）なる関係
が成立つ。今、ｆｃ＝Ｈ５となるようにＨを、Ｎに目標
とする温度Ｔｓをそれぞれ設定すれば、雰囲気温度はＴ
ｓに成るように制御される。

第２図の温度・周波数変換器は次の様に作用する。

定電流源２３の電流値Ｉを １　＝　ｋＥ／Ｒ丁Ｈ（２） （たダし、ｋは定数、ＲＴＨはサーミスタ抵抗）とすれ
ば、フンパレータ２６の入力端子２６１の電圧υは υ＝Ｅ−ｋＥＲ，／Ｒ−ｒＨ（３） となる。　ここで、Ｒ１は抵抗２１の抵抗値である。

一方、スイッチ２８が開放の場合、コンパレータ２６の
入力端子２６２の電圧υ′は となる。たずし、Ｃ２はキャパシタ２５の容量値、Ｒ２
は抵抗２４の抵抗値である。第（３）式と第（４）式よ
り、υ＝υ′となる時刻Ｌ０は ｔｏ＝ｃＪ２１ｎＲＴＨ／ｋＲ１（５）となる。この瞬
間にコンパレータ２６は状態を反転し、単安定回路２７
をトリガする。単安定回路２７の出力パルス幅をＴＩＩ
Ｉとすれば、この期間中キャパシタ２５は短絡されるの
で、発振周波数ｒは次式で与えられる。

ｆ＝１／（ｔｏ＋Ｔｗ）　　　　　　　（６）サーミス
タ抵抗ＲＴＨは温度ＴじＫ）の関数として一般に次式で
与テられる７ ユニで、Ｒｏは基準温度Ｔ。におけるサーミスタの抵抗
値、Ｂはサーミスタの組成によって決まる定数である。

第（５）式、第（７）式を第（６）式に代入すれば次式
が得られる。

と設定すれば第（８）式は となり、温度Ｔに比例する発振周波数が得られる。

（実施例） 第１図の温度制御方法は、温度・周波数変換器３以外は
市販の集積回路を用いて容易に実現できる。第３図は第
２図に示す本発明の温度・周波数変換器の実施例であっ
て、２３１が温度検出用サーミスタである。定電流源２
３はトランジスタ２３４と電流ミラーを表すトランジス
タ２３５によって実現されている。第（２）式の定数に
は抵抗２３６と２３７の比によって設定されている。演
算増幅器２３２は定電圧源として作用し、トランジスタ
２３３はトランジスタ２３４のベース・エミッタ間電圧
■旺を相殺するために用いられている。演算増幅器２３
２の出力電圧はｋ　Ｅ　＋ＶＢυどなるので、トランジ
スタ２３４、従って、トランジスタ２３５を流れる電流
Ｉは１　＝　（ｋＥ　＋　ＶＢＥ　−ＶＢｔ　）／ＲＴ
Ｈ＝　ｋＥノＲＴＨとなり、第（２）式で与えられる電
流値が得られる。こ１で、ＲＴ＋（はサーミスタ２３１
の抵抗値である。尚、第２図のスイッチ２８として、本
実施例ではトランジスタ２８が用いられている。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によれば簡単な回路構成でデ
ィノタル温度制御が実現できるので、実用上極めて有用
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の温度制御方法を示すブロック図、第２
図は第１図の温度制御方法を実現するのに必要な本発明
の温度・周波数変換器のブロック図、第３図は本発明の
温度・周波数変換器の実施例を示す回路図である。 第１図において、１は基準クロック信号発生器、２と４
はディジタル分周器、３は温度・周波数変換器、５は位
相比較器であり、第２図と第３図において、２２は直流
電源、２３は定電流源、２Ｉと２４は抵抗、２５はキャ
パシタ、２６はコンパレータ、２７は単安定回路、２８
はスイッチである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準クロック信号を分周して得られる信号と、温
   度変化を発振周波数の変化として検出する温度・周波数
   変換器からの信号を分周して得られる信号とを位相比較
   し、その誤差信号を温度アクチュエータへ帰還する温度
   制御方法。
2. （２）サーミスタ抵抗に逆比例する電流値を有し、抵抗
   （２１）を介して電源（２２）に接続される定電流源（
   ２３）と、抵抗（２４）を介して電源（２２）に接続さ
   れるキャパシタ（２５）と、前記定電流源（２３）とキ
   ャパシタ（２５）の電圧を比較するコンパレータ（２６
   ）と、該コンパレータ（２６）の出力によってトリガさ
   れる単安定回路（２７）と、単安定回路（２７）の出力
   パルスの期間中、前記キャパシタ（２５）の電荷を放電
   するスイッチ（２８）とから成る、特許請求の範囲第１
   項記載の温度・周波数変換器。