JPS647285Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、第一の温度領域と第二の温度領域と
の間の温度差が設定値以上になつたか否かを検出
する温度差検出回路に関する。

第一の温度領域と第二の温度領域の温度差を検
出してその差が所定の値乃至設定値以上であるか
以下であるかによつて何等かの回路系乃至装置に
所定の機能を成さしめる装置は様々有るが、例え
ば、太陽熱利用温水装置にそうした実例を見るこ
とができる。即ち、この種の太陽熱熱利用温水装
置においては、集熱器水温と貯水槽水温とを夫々
の温度センサで検出して、両者の間に一定の温度
差が生ずると循環ポンプを動作させて集熱器内の
温水を貯水槽内に取込むように循環させ、逆に温
度差が設定値以下になると当該ポンプを停止させ
て循環動作を中止するようになつている。

第１図にこうした応用例における従来例の温度
検出回路の構成が示されている。

抵抗１，２、温度センサ３，４でブリツジ５が
構成され、両温度センサ３，４間の温度差に対応
する抵抗値の差は検出回路６で検出される。

勿論、各温度センサ３，４は夫々、検出の対象
とすべき第一、第二の温度領域に対して一つ宛、
備えられる。ともかくも、この回路で検出回路６
が有意の温度差を検出すれば、選択的にリレー７
が稼動し、そのリレー接点７ａと共にエネルギ源
に直列に挿入された循環ポンプ駆動用モータ８が
選択的に稼動する。

然して、このような回路系においては、従来か
らも一般に各温度センサ３，４としてはサーミス
タが使用されるのが普通である。ところが、この
種のサーミスタはまた、第２図示のように、温度
に対する抵抗値の変化が直線的でないことも知ら
れている。一定の抵抗値差ΔRを検出の分解能と
すると、この同じ分解能ΔRでもこれに対する検
出温度差ΔTは低温側では小さく、高温側では大
きくなつてしまうのである。従つて、第１図示の
ような回路系においても、その影響は正直にその
まま現れ、温度の絶対値によらずに常に一定の温
度差の有無を検出するという本来的に望ましい検
出機構は営めないようになつている。

そこで、温度センサとしてこうしたサーミスタ
に代えて、細い銅線等をボビンに巻いて抵抗を持
たせた所謂金属抵抗体を用いた従来例もある。こ
の抵抗体は、温度対抗値特性がリニアであるた
め、確かに上記のような欠点は解消できるもの
の、温度変化に対しての抵抗値の変化が小さいた
め、ノイズで誤動作し易い欠点を持つており、ま
た、検出回路６での設定値に微かでも狂いがある
と検出値に極めて大きな影響を及ぼすという本質
的な欠点を有している。更に、この金属抵抗体は
熱時定数が大きく、従つて応答性が悪化する欠点
も拭えない。

本考案は上記のような実情に鑑みて成されたも
ので、簡単な構成で温度の絶対値によらずに常に
一定の温度差を検出することができ、然も応答性
の良好な温度差検出回路を提供せんとするもので
ある。

以下、第３図及び第４図に即して本考案の望ま
しい一実施例に就き詳記する。

第３図は本考案の回路系に用いる温度センサ部
の構成を示している。即ち、従来は第１図に示し
たように各温度センサ３，４はサーミスタ単体で
構成されていたが、本考案においては、これと異
なり、先ずもつてこの従来の温度センサ３，４に
対応する温度センサ部自体に一つの特徴的構成を
取つている。

本考案において用いる温度センサ部は全体とし
てこれを符号１５で示しているが、この温度セン
サ部１５は、第３図示のように、抵抗１１と第一
のサーミスタ１２との直列回路と、抵抗１４と第
二のサーミスタ１３との並列回路とを並列に接続
して成つている。この回路は、第二のサーミスタ
１３と抵抗１４との組合せで先ず略ゞＳ字型の特
性に近似し、更に第一のサーミスタ１２と抵抗１
１の組合せで更なる直線化を果たすもので、各サ
ーミスタに適当な特性のものを選ぶことにより、
十分に満足すべき直線性が得られる。

本考案者の実験によれば、０℃〜90℃の温度範
囲において、±0.5℃以下の直線性を得ることに成
功している。

第４図は、こうした温度センサ部１５を用いた
本考案による温度差検出回路の一実施例を示して
いる。

本回路においては、第３図示の温度センサ部１
５は一対、用いることになる。そして、この回路
を既述の太陽熱利用温水装置に用いる場合には、
予め述べて置くと、これら一対の温度センサ部１
５，１５の中、一方の温度センサ部TLは貯水槽
内の貯水温を検出し、他方の温度センサ部THは
集熱器内の水温を検出するように用いられる。以
下、符号１５に代えて夫々の温度センサ部を特定
するために符号TL，THを使用する。

構成に就き述べると、第一温度センサ部TLと
抵抗１６の直列回路、及び第二温度センサ部TH
とその両端側に各設けられた抵抗１７，１８の直
列回路が電源Vccと接地との間に各接続され、通
常のように両者相俟つてブリツジ回路５を構成し
ている。本考案の回路では、集熱器と貯水槽とい
うように、二つの温度領域間の温度差の発生の有
無を検出するのにこのブリツジ回路の出力を監視
するが、そのためのブリツジ回路５からの信号の
取出し点は第一温度センサ部TLと抵抗１６の接
続点、及び第二温度センサ部THと抵抗１７の接
続点の二点であつて、前者は電圧比較器としての
演算増幅器２１の非反転入力端子（＋）に、後者
は当該増幅器の反転入力端子（−）に夫々接続さ
れる。

ここで用いている電圧比較器２１はその出力が
オープン・コレクタ型のものであつて、その出力
端子と電源との間には負荷抵抗２２が接続され、
且つ、この出力端子と、第二温度センサ部THと
抵抗１８との接続点との間には、抵抗１９とダイ
オード２０との直列回路が挿入されている。ダイ
オードの方向は、カソードが比較器２１の出力端
子側となる方向である。

接点７ａを閉じることにより循環ポンプ用モー
タ８を駆動するリレー７のドライブ用のトランジ
スタ２４はこの場合PNP型であつて、そのベー
スが上記比較器２１の出力端子に抵抗２３を介し
て接続されている。

こうした回路による動作を説明すると、集熱器
が熱せられ、その中の水温が上昇して対応する温
度センサ部THの抵抗が下がると、電圧比較器２
１の非反転入力電圧V⁺が反転入力電圧V^-よりも
低くなる。すると当該電圧比較器２１の出力端子
が低レベル「Ｌ」となつてトランジスタ２４が導
通する。従つて循環ポンプ用モータ８が稼動し、
集熱器内の相対的に高温の温水が貯水槽内に送り
込まれて行く。このため、集熱器内の温水と貯水
槽内の温水とが循環するため、集熱器内の温水の
温度が下がり、それまで上記のように高かつた電
圧比較器非反転入力端子側の電圧V⁺が低下して
いき、やがて反転入力電圧V^-よりも低下するよ
うになる。すると、第二温度センサ部THの抵抗
値が相対的に高くなつて非反転入力電圧V⁺が反
転入力電圧V^-を再び上回ることになり、電圧比
較器２１の出力は高レベル「Ｈ」に遷移する。電
圧比較器２１の出力が高レベル「Ｈ」になれば、
トランジスタ２４はターン・オフし、リレー７が
解磁されて循環ポンプ用モータ８は停止する。

以上、本回路の動作を定性的に説明した所で、
本考案の回路系が常に一定の温度差を検出するこ
とができることを定量的に説明する。

第一、第二の温度センサ部TL，THの抵抗値
を夫々RTL，RTHで示し、同様に各抵抗１６，
１７，１８，１９の抵抗値を夫々Ｒ１６，Ｒ１
７，Ｒ１８，Ｒ１９で示すものとすると、先の動
作から顕かなように、リレー７がオフからオンに
移る時の条件は下記(1)式にて示される。

V⁺≦V^- …(1) この時の臨界値、即ち等号条件をブリツジ回路
５の平衡原料から求めると、次式(2)のようにな
る。

Ｒ１７・RTL＝Ｒ１６（RTH＋Ｒ１８）
…(2) ここで、設計的には両抵抗値Ｒ１６，Ｒ１７は
一般に等しく置くことになるであろうから、その
ようにすると、リレー７乃至循環ポンプ用モータ
８のオフ・オン遷移の臨界値は次式の通りとな
る。

RTL−RTH＝Ｒ１８ …(3) 各温度センサの特性は既述のように略ゞ完全に
リニアと考えて良いから、例えば温度to℃におけ
る温度センサTLの抵抗値RTL（to）は次式で表
すことができる。

RTL（to） ＝−Ａ・to＋Ｂ，（Ａ，Ｂ：定数） …(4) 全く同様に、温度センサTHのt1℃における抵
抗値RTH（t1）は次式にて定義できる。

RTH（t1） ＝−Ａ・t1＋Ｂ，（Ａ，Ｂ：定数） …(5) 従つて、(4)、(5)式を上記(3)式に代入して検出温
度差を求めると、次式のようになる。

t1−to＝R18／Ａ …(6) 即ち、リレー７乃至循環ポンプ用モータ８のオ
フ・オン遷移にあつては、温度の絶対値によらず
に上記(6)式にて示される一定の温度差でこれが成
されることが理解される。

同様にしてリレー７乃至循環ポンプ用モータ８
のオン・オフ遷移に就いて考えて見る。このリレ
ー７乃至循環ポンプ用モータ８のオン・オフ遷移
は次式の条件下で生起することは先の説明中から
顕かである。

V⁺≧V^- …(7) 然して、その前の段階においてリレー７乃至循
環ポンプ用モータ８がオンになつていると、第４
図の回路から顕かなように、抵抗１８に対して抵
抗１９が並列に効いてくるようになる。即ちダイ
オード２０が順方向にバイアスされる結果、抵抗
１９の対応する一端が接地に落とされるからであ
る。

従つて、このリレー７乃至循環ポンプ用モータ
８のオン・オフ遷移時に就いて考える時には、先
の(2)式から(6)式までの抵抗値Ｒ１８は次の抵抗値
Ｒ１８′に読代えなければならない。

Ｒ１８′ ＝Ｒ１８・Ｒ１９／（Ｒ１８＋Ｒ１９）
…(8) 然し、その外の演算は同様に援用できて、温度
センサTH側の温度をt2とすれば、リレー７乃至
循環ポンプ用モータ８のオン・オフ遷移の臨界値
に関しては上記(6)式に相当する下式求めることが
できる。

t2−to＝R18′／Ａ …(9) 従つて、このリレー７乃至循環ポンプ用モータ
８のオン・オフ遷移に関しても、温度の絶痴値に
よらずに一定の温度差を検出し得ることが理解さ
れる。また、この(9)式と先の(6)式とから、回路動
作に適当なヒステリシスが与えられていることも
分る。

以上詳記のように、本考案によれば、応答特性
を悪化させることなく、直線性良く温度差を検出
することができ、然も構成が簡単であるという極
めて望ましい結果を得ることができる。尚、上記
実施例においては、各温度センサ部を接地側で用
いたが、電源側で用いても勿論良いし、トランジ
スタ２４を、NPN型に変更する等、適当な回路
構成に変えることも当業者は設計的な事項であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の温度差検出回路の概略構成図、
第２図はサーミスタ単体の温度対抵抗値変化の特
性図、第３図は本考案で用いる温度センサ部の構
成図、第４図は本考案の望ましい一実施例の概略
的な構成図、である。 図中、３，４，１２，１３はサーミスタ、５は
ブリツジ回路、１１，１４，１６，１７，１８，
１９，２２，２３は抵抗、１５は温度センサ部、
２０はダイオード、２１は電圧比較器、２４はト
ランジスタ、である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 第一の温度領域と第二の温度領域との間の温度
   差が特定の値以上になつたか否かを検出する温度
   差検出回路であつて、 抵抗と第一のサーミスタとの直列回路と、抵抗
   と第二のサーミスタとの並列回路とを並列に接続
   して直線性を補償して成る温度センサ部を一対用
   い、その一つ宛を上記第一、第二温度領域の温度
   の検出に用いると共に、該一対の温度センサ部を
   含むブリツジ回路を構成し、該ブリツジ回路の出
   力を監視することにより上記第一、第二温度領域
   関に温度差が生じたか否かを検出することを特徴
   とする温度差検出回路。