JPS6315536B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、デジタル温度センサを用いたコンピ
ユータによる温度測定方法および装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、デイジタル技術を用いた温度計測法とし
ては、例えば特開昭49−101077号公報に記載され
ている発明やコンピユータを用いたものがある。

特開昭49−101077号公報に記載されている発明
は医療用計測装置で、特に94F〜108F（36C〜
42C）付近の温度を短時間で計測することを目的
とし、サーミスタ等の温度に対して抵抗値が連続
的に変化する温度検出素子をブリツジ回路に組み
込み、このブリツジ回路の平衝状態を制御しなが
ら被測定対象の温度を直接的に測定する方式を採
用している。通常、この方式によると、サーミス
タ等の特性が被測定対象の温度に近づいたとき
に、検出温度変化分が少くなり、正確な温度測定
を行うには測定時間が長くなる欠点があるが、こ
の方式では測定すべき状態の変化速度及び経過時
間の函数となる補正増分を導入することにより上
記欠点を解消して短時間で正確な温度測定を行う
ようにしている。

また、コンピユータを用いて温度測定を行う場
合には、測温体で検出したアナログ温度信号をＡ
−Ｄ変換器でデジタル信号に変換してコンピユー
タに入力し、この入力信号に基づいて、適宜、温
度測定を行つていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した従来の温度計測装置のうち、特開昭49
−101077号公報に記載された発明には次の欠点が
ある。すなわち、この方法は、測定温度域におけ
る、検出素子（サーミスタ）の温度特性変化を補
償するため、前記補正増分を、測定経過時間およ
び温度変化速度の関数として補正するようにして
いるが、そのため、非常に複雑なハードウエアと
ソフトウエアを必要として高価になるばかりでな
く、工業上必要とされるように、多数の温度計測
器を同時に使用して広い温度域にわたつて、しか
も種々の物質について測定する場合には、この方
法を適用することが困難である。

また、コンピユータを用いた温度計測法は、通
常、Ａ−Ｄ変換器によつてアナログの温度測定値
をデジタル信号に変換して処理をするため、装置
がハードウエア的に見てもソフトウエア的に見て
も複雑化し、さらに設備費も高価にならざるを得
ないという重大な欠点を有する。

したがつて、高価なＡ−Ｄ変換器を使用する場
合には、１つのＡ−Ｄ変換器を時分割して使用す
る複数の測温センサと結合して温度測定システム
を構成しなければ有効でなく、適用対象に実質的
に制限があつた。そしてさらに、Ａ−Ｄ変換器な
らびに複数の測温センサを備えたシステムでは、
これらの選択器を要すると共に、電源装置、タイ
ミングを取るためのプログラムが必要である等、
前述の如く、ハードウエア、ソフトウエアともに
複雑にならざるを得ない。

本発明の目的は、簡便なデジタル温度センサを
用いて低廉にコンピユータによる温度測定を行う
ための方法ならびにその装置を提供することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、温度検出器の感温部を予め設
定した高温側設定温度以上に加熱するか、あるい
は予め設定した低温側設定温度以下に冷却し、前
記温度検出器を被測定対象中に放置し、前記感温
部の温度が、前記被測定対象の温度（周囲温度）
によつて下降または上昇しつつある時に、前記予
め設定した高温側および低温側設定温度の間を推
移するのに要する時間をデジタル的に測定し、前
記測定に基づいて、熱収支をコンピユータで計算
して前記被測定対象の温度を測定する温度測定
法、ならびに、予め設定した低温側および高温側
設定温度においてスイツチング動作をするスイツ
チング素子を感温部に設けた温度検出器と、前記
温度検出器の感温部を前記予め設定した低温側設
定温度以下に冷却するか、あるいは前記予め設定
した高温側設定温度以上に加熱するための装置
と、被測定対象中に放置された前記温度検出器の
出力を受けるものであり、前記感温部の温度が、
前記低温側および高温側設定温度の間を推移する
のに要する時間をデジタル的に測定するための装
置と、前記デジタル的に測定するための装置の出
力に基づいて熱収支を計算して、前記被測定対象
の温度を求めるコンピユータとを備える温度測定
装置にある。

一般に熱容量の小さな物体（測温センサ）を温
度T₀の熱容量の大きな物体（被測定対象）に接
触させたとき、センサの温度Ｔの単位時間当りの
変化率dT／dtはＴ−T₀に比例する（ニユートン
の冷却法則）。したがつて比例定数ｋが既知のと
きには、ある時刻におけるdT／dtとＴを測定す
ることによつて被測定対象の温度T₀を求めるこ
とができる。dT／dtは予め設定された２つの温
度T₁、T₂の間をセンサの温度が推移する時間を
測定することにより、また、ＴはT₁とT₂の平均
値をとることによつて定められる。比例定数ｋは
センサの熱容量によつて定まり、予め実験的に測
定することができ、または設定温度が３点以上の
ときには、T₀と同時に最小自乗法で、コンピユ
ータによつて計算で求めることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。

本発明では、測定対象中に温度センサを配設
し、この温度センサを所定温度域に達するまで加
熱あるいは冷却し、その後、予め設定した複数の
定点温度へ到達したそれぞれの時点に温度センサ
が電気信号を発生しかつこの電気信号間における
経過時間を信号化するものであり、この信号に基
づいて予め定めた熱収支計算を行うことにより、
測定対象すなわち温度センサの周囲温度を検出す
るものである。

つまり、本発明は、所定温度域にある温度セン
サを測定対象中に放置して、温度センサからの周
囲への熱放散および熱伝達を促し、温度センサ自
体が定点温度間を推移するのに要した時間を検出
し、これに基づいて熱収支計算を行つて温度測定
を行うものである。

以下の説明では、２つの定点を設定した場合を
示すが、測定精度等を勘案して適宜数だけ設定可
能であり、それぞれの設定温度、温度間隔なども
測定対象の特性、所望応答時間などの諸条件に基
づいて好適に設定し得るものである。また、測定
対象は、熱収支計算が可能なものであれば特に制
限はない。そして、温度センサの加熱および冷却
は、上述の諸条件を勘案して適宜の方法で行うも
のである。

次に本発明の好適実施例では、温度検出部にお
いて、一定の温度差を有する２個所の温度設定点
を有する温度検出器の感温部を加熱又は冷却し、
設定した高温点以上、又は低温点以下になるまで
加熱又は冷却した後、加熱又は冷却を停止し、被
測定対象への熱伝達、熱放散によつて冷却又は加
熱されて、温度検出器の温度が下降又は上昇する
際に、予め設定した２個所の温度設定点間を通過
する時間を測定する。即ち、高温側設定点又は、
低温側設定点に達した時に時間測定開始のオン信
号を発し、温度が下降又は上昇して、低温側設定
点又は高温側設定点に達した時に時間測定停止の
オフ信号を発するようにする。この時間測定開始
および停止のオン、オフ信号は、直接コンピユー
タに入力しても良いし、途中に時計機構を設けて
その時計機構によつて時間を検出した後、その時
間量をコンピユータに入力しても良い。このよう
にオン、オフ信号、又は時間量は、いづれもデジ
タル量であるため変換器を必要とせず、直接、コ
ンピユータに入力することができる。

次に、第１図を参照して、本発明装置の一実施
例を説明する。センサ１０は、接点１，２および
ヒータ３を備えており、接点１，２は常時オフの
状態にあり、また接点１は一定温度T₁以上にな
るとオンになるようにセツトしてあり、接点２は
T₂以上の温度になるとオンになるようにセツト
してある。しかも、室温T_Rに対してT_R＜T₂＜T₁
の関係になるようにセツトする。そして、ヒータ
３をオンにしてセンサ１０を加熱し、T₁に到し
た時にヒータ３をオフにする。しかし、余熱によ
りセンサ１０の温度はT₁以上になり、接点１，
２は共にオンの状態となるので、ソース電源５か
ら抵抗４および接点１，２を経てコモンアース９
に向かつて電流が流れる。したがつて、接点入力
６，７に現われる電圧は、コモンアース９の電圧
と等しくなる。

その後、センサ１０は、被測定物、本実施例で
は室温と等しい温度の大気により冷却され、温度
は下降しはじめ、T₁に到したときに接点１がオ
フ状態に復帰する。接点１がオフになると、電源
５から接点１を経て、コモンアース９に向かつて
流れていた電流はストツプし、接点６の電圧は電
源５の電圧にまで上昇する。接点６の電圧が電源
５の電圧に等しくなつた時点で、時計機構２０に
対して、時間測定開始のオン信号が発信される。
更に温度が下降してT₂になつた時点で接点２が
オフ状態となり、接点７は、前記接点６の場合と
同じ理由により、電源５と同じ電圧となり、時計
機構２０に対して、時間測定停止のオフ信号を発
信する。この時計機構２０は、クロツク信号発生
器を備えており、前述のオン、オフ信号の間だけ
クロツク信号を計数しており、この計数に基づく
デジタル信号をコンピユータ２１に出力する。

このようにして、一定の温度変化に要する時間
を測定し、所定の熱収支計算式に基づいて温度変
化に要した熱量から被測定物の温度すなわち室温
をコンピユータ２１によつて決定するものであ
る。上記のように一旦、時計機構２０に入力して
時間を測定し、その時間量をコンピユータ２１に
入力しても良いし、時間測定開始および停止のオ
ン、オフ信号を、直接、コンピユータ２１に入力
しても良い。

なお、時間測定の方法は、上記オン、オフ信号
に基づいてパルス信号を発生させてこれをカウン
トする方法だけでなく、その他の方法を用いても
差しつかえない。

第２図は、第１図に示した実施例の動作をさら
に説明する図であり、その下方部分には、センサ
１０の温度推移が示されており、その上方部分に
はヒータ用リレー８の開閉タイミング、接点入力
６，７に現われる電圧および時計機構２０の計数
動作を時間軸を横軸にとつて示してある。この図
からも判るように、第１図には示していないが、
ヒータ用リレー８の開閉を行うためには、測定開
始つまりヒータ３をオンにするタイミングを指令
する信号と、センサ１０の温度がT₁に到達した
時点で発すべきヒータ３オフを指令する信号とが
好適な装置から与えられる。また、時計機構２０
の計数動作は、接点入力６，７の電圧変化の立ち
上がりを用いており、例えば、接点６，７に現わ
れる電圧をそれぞれ、微分しかつクランプしてこ
の立ち上がりを検知し、時計機構２０は、この両
立ち上がり信号間のクロツクパルス数を前述のと
おり計数する。

第３〜５図は、サーマルリレー（サーマルリー
ドスイツチ等）を用いた実施例を示す図であり、
先づ第３図は、常開型サーマルリレー３１と常閉
型サーマルリレー３２を組合せて用いたものであ
る。常開型サーマルリレー３１は、ある一定温度
T₂以上になるとオン状態になるようにセツトさ
れており、常閉型サーマルリレー３２は、ある一
定温度T₁以上になると、オフ状態になるように
セツトされている。室温をT_Rとすれば、これら
の温度は、T_R＜T₂＜T₁の関係になるようにして
ある。ヒータ３によつて加熱されてリレー３１，
３２の温度がT₂以上になるとリレー３１はオン
となり、T₁以上になるとリレー３２はオフとな
る。温度がT₁以上になりリレー３２がオフにな
るとヒータ３がオフになる。しかし、ヒータ３が
オフになつても余熱で温度は多少上昇するが、そ
の後しばらくして、室温によりサーマルリレー３
１，３２は冷却されて温度は下降しはじめる。そ
して温度がT₁に達した時点でリレー３２がオン
となり、その回路に電流が流れて時間測定開始の
オンの信号を発信し、更に温度が下降してT₂に
到した時１はオフとなり時間測定停止のオフの信
号を発信するようにする。第３図に示した実施例
ではヒータ３の加熱源３３の回路をスイツチ３４
で開閉してヒータ３の加熱開始停止を行つてい
る。スイツチ３４は好適方法で所望時に閉成し、
かつセンサ１０の温度がT₁に達した時点で、例
えばリレー３２が開成するのを検知して、開成す
るように設けている。そして、ソース電源５に基
づいて電流がリレー３１，３２の作動により温度
測定時にオン、オフするのを抵抗３５での電圧降
下として検出し、この検出信号を矩形波発生回路
３７に印加してセンサ１０の温度がT₁からT₂に
推移するのに要する時間を示す矩形波を発生さ
せ、これをクロツク信号発生器３８の出力と共に
アンド回路３９に印加してデジタル信号を得、時
計機構２１を介して、コンピユータ２１に入力し
ている。

第４図は帯域動作型サーマルリレーを用いた実
施例を示している。このリレー４１は、特定の温
度範囲においてのみ接点がオフ状態になる性質を
有しており、帯域動作型サーマルリレー４１の作
動温度範囲がT₁〜T₂であつて、室温T_Rに対して
T_R＜T₂＜T₁の関係があるとすれば、ヒータ３に
よつてセンサ１０をT₁以上に加熱した後、室温
に放置して室温にて冷却下降させると、センサ１
０の温度がT₁に到したときにリレー４１はオフ
状態になつて時間測定開始のオン信号を発信し、
ついで温度T₂に到つた時に再びオン状態になつ
て時間測定停止のオフ信号を発信する。

また本発明は、常閉型サーマルリードスイツチ
２箇又は、常開型サーマルリードスイツチ２ケと
同型のサーマルリードスイツチを用いても実施可
能であり、第５図に示す実施例では、常開型サー
マルリードスイツチ５１，５２を使用している。
すなわち、サーマルリードスイツチ５１をT₁以
上の温度でオン状態になる様にセツトし、サーマ
ルリードスイツチ５２をT₂以上の温度でオン状
態になる様にセツトしている。しかも室温T_Rに
対してT_R＜T₂＜T₁の関係になる様にセツトして
ある。ヒータ３によつて、センサ１０の温度が
T₁以上になるようにセンサ１０を加熱した後、
室温にて冷却させると、センサ１０の温度がT₁
に達した時にスイツチ５１はオフとなり、時間測
定開始のオン信号を発信し、更に冷却されて温度
T₂に達した時スイツチ５２がオフとなつて時間
測定停止のオフ信号を発信する。本実施例におけ
る他の構成ならびにそれに基づく作用効果は前述
の実施例と同様あるので省略する。

次に第６図を参照して、温度検出器として水銀
温度計を用いたさらに別の実施例を説明する。図
において、６１は水銀温度計、６２は高温側接触
端子、６３は低温側接触端子、６４は水銀および
３はヒータであり、接触端子６２，６３は、水銀
６４に接触するように設けてある。ヒータ３によ
つて感温部６５を加熱し、高温側設定定点温度
T₁になつた時にヒータ電源をオフにしてヒータ
３の加熱を停止する。しかし余熱によつて水銀６
４はT₁以上に上昇する。温度上昇に伴つて上昇
した水銀６４は、周囲温度によつて冷却されて
徐々に下降し、高温側接触端子６２と水銀６４が
離れると、時間測定開始のオン信号を発信する。
更に、水銀６４が下降して低温側接触端子６３と
水銀６４が離れると、時間測定停止のオフ信号を
発信する。

以上の説明では、ヒータ３を用いた例について
述べてきたが、これはヒータ３に限らず、他の加
熱装置又は、冷却装置を用いても良い。冷却装置
を用いた場合の構成および作用効果は、上述の実
施例に示したものから当業者が容易に想到可能で
あり、説明を省略する。なお、温度検出部に用い
る温度計は、実施例に用いた水銀温度計、サーマ
ルリードスイツチのみにかぎらずその他のサーマ
ルリレー、バイメタルその他感温結果を電気信号
で取り出せるものであればとくに制限を設けな
い。

〔発明の効果〕

本発明は、以上の説明のとおり、種々の態様を
取り得る簡便な温度検出器によりデジタル的に信
号を取り出すものであり、従来のＡ／Ｄ変換器を
使用したコンピユータによる温度測定における諸
欠点を一挙に解消する有用な温度測定法ならびに
装置を提供するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による実施例装置を示す概略
図、第２図は、第１図に示した装置の作動を示す
図、第３〜５図は、サーマルリレーを用いた実施
例の概略図、第６図は、水銀温度計を用いた実施
例の概略図である。 １，２：接点、３：ヒータ、５：ソース電源、
６，７：接点入力、１０：センサ、２０：時計機
構、２１：コンピユータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 被測定対象温度が低温側設定温度より低いと
   きには、温度検出器の感温部を予め設定した高温
   側設定温度以上に加熱し、また、被測定対象温度
   が高温側設定温度より高いときには、温度検出器
   の感温部を予め設定した低温側設定温度以下に冷
   却し、 前記温度検出器を被測定対象中に放置し、該温
   度検出器によつて前記予め設定した高温側設定温
   度および低温側設定温度を検出し、高温側および
   低温側設定温度の間を推移するのに要した時間を
   デジタル的に測定し、 前記測定に基づいて、熱収支を温度演算手段で
   計算して前記被測定対象の温度を測定する温度測
   定法。 ２ 予め設定した低温側および高温側設定温度に
   おいてスイツチング動作をするスイツチング素子
   を感温部に設けた温度検出器と、 前記温度検出器の感温部を前記予め設定した低
   温側設定温度以下に冷却し、または前記予め設定
   した高温側設定温度以上に加熱するための装置
   と、 被測定対象中に放置された前記温度検出器の出
   力を入力し、前記感温部の温度が、前記低温側お
   よび高温側設定温度の間を推移するのに要した時
   間をデジタル的に測定する装置と、 前記デジタル的に測定する装置の出力に基づい
   て熱収支を計算して、前記被測定対象の温度を求
   める温度演算手段とを備えた温度測定装置。