JPWO2017029746A1 - 温度測定装置および温度測定方法 - Google Patents

Abstract

熱電対２が接続される熱電対入力端子部１１と、熱電対入力端子部１１の近傍の温度を測定する温度補償素子（温度センサ）１２と、熱電対２における電位差に基づく温度を算出し、当該算出された温度に対して温度補償素子１２から得られる温度情報を用いて温度補償処理を行う測定値演算部１３と、傾斜角度を取得する傾斜角度取得部１４と、傾斜角度に応じた補正値が予め設定される補正値記憶部１６と、傾斜角度取得部１４によって得られる取得傾斜角度に応じた補正値を用いた補正処理を行う角度補正値演算部１５と、を備えることにより、装置の設置姿勢（傾斜角度）の変化に基づく温度誤差を補正させることを可能にする。

Description

本発明は、温度測定装置および温度測定方法に関する。

熱電対は、安定性、耐熱性、耐食性、再現性、応答性などにおいて優れているため、温度測定デバイスとして広く利用されている。
熱電対は、二つの接点（基準接点（冷接点）と測温接点）の温度差に基づく電位差（起電力）を使うものであるため、測定対象の温度情報を得るためには、基準接点（冷接点）の温度を用いた温度補償が必要となる。
このような熱電対を接続して使用する温度測定装置における温度補償に関する技術が特許文献１によって開示されている。

特開２０１３−２１７７９０

熱電対を接続して使用する温度測定装置（例えば、デジタル温度制御装置等）の製造においては、個々の部品のバラつき等の影響を校正するための調整工程が実施される。
調整工程における調整項目の一つとして、前述した「基準接点（冷接点）の温度を用いた温度補償」に関する調整がある。これは、調整対象の装置を所定の環境下（例えば２５℃に設定した環境下）において、測定結果が適正なもの（前記例で言えば２５℃）になるように調整するものである。
このような調整工程は、通常、所定の姿勢にて行われる。即ち、調整工程で用いるジグに装置を設置すること等により、決まった姿勢で調整が行われるものである。
しかしながら、装置の実際の使用環境においては、必ず決まった姿勢（調整工程と同じ姿勢）で装置が設置されるとは限らず、調整工程と異なる姿勢で装置を設置した場合、測定誤差が生じることがあった。

本発明は、上記の点に鑑み、温度測定装置の設置姿勢（傾斜角度）が変化した場合に、当該設置姿勢の変化に基づく測定誤差を補正させることが可能な温度測定装置および温度測定方法を提供することを目的とする。

（構成１）
熱電対が接続される端子と、前記端子の近傍の温度を測定する温度センサと、前記熱電対における電位差に基づく温度を算出し、当該算出された温度に対して前記温度センサから得られる温度情報を用いて温度補償処理を行う測定値演算部と、傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、傾斜角度に応じた補正値が予め設定される補正値記憶部と、前記傾斜角度取得部によって得られる取得傾斜角度に応じた前記補正値を用いた補正処理を行う角度補正値演算部と、を備えることを特徴とする温度測定装置。

（構成２）
前記傾斜角度に応じた補正値が、複数の基準傾斜角度のそれぞれに対する補正値として設定されており、前記取得傾斜角度が前記複数の基準傾斜角度の何れとも一致しない場合には、前記複数の基準傾斜角度に対する補正値に基づいて前記取得傾斜角度に対応する補間値を算出する処理を行うことを特徴とする構成１に記載の温度測定装置。

（構成３）
前記傾斜角度取得部が、ユーザからの入力を受け付ける入力部によって構成されることを特徴とする構成１又は構成２に記載の温度測定装置。

（構成４）
前記傾斜角度取得部が、傾斜センサによって構成されることを特徴とする構成１又は構成２に記載の温度測定装置。

（構成５）
熱電対における電位差に基づく温度を算出し、当該算出された温度に対して基準温度接点の温度情報を用いた温度補償を行うステップと、温度測定装置の傾斜角度を取得するステップと、傾斜角度に応じて予め定められた補正値に基づき、前記取得した傾斜角度に対応する前記補正値を用いて、前記温度補償された出力に対する補正処理を行うステップと、を実行することを特徴とする温度測定方法。

（構成６）
前記傾斜角度に応じた補正値が、複数の基準傾斜角度のそれぞれに対する補正値として定められており、前記取得傾斜角度が前記複数の基準傾斜角度の何れとも一致しない場合には、前記複数の基準傾斜角度に対する補正値に基づいて前記取得傾斜角度に対応する補間値を算出するステップを実行することを特徴とする構成５に記載の温度測定方法。

本発明の温度測定装置及び温度測定方法によれば、装置の設置姿勢（傾斜角度）の変化に基づく測定誤差を補正することが可能となり、精度の高い温度測定を提供することができる。

本発明に係る実施形態の温度測定装置を示すブロック図 基準傾斜角度に対する補正値の一例を示したグラフ 実施形態の温度測定装置の実験結果を示したグラフ 温度測定装置の設置状態を示す説明図

本発明に係る温度測定装置は、熱電対を接続して使用する温度測定装置（例えば、デジタル温度制御装置等）において、調整工程における装置の姿勢と異なる姿勢にて使用した場合においても、当該設置姿勢の変化に基づく測定誤差を補正させることが可能な温度測定装置である。なお、製品として見た場合には、温度測定装置に熱電対が含まれる場合も、含まれない場合（別売り）もある。
ここで、「調整工程における装置の姿勢と異なる姿勢にて使用した場合に起きる測定誤差」について説明をする。
熱電対を接続して使用する温度測定装置は、前述したごとく、測定対象の測定温度を得るために基準接点（冷接点）の温度による温度補償を要するものであり、基準接点の温度を測定する温度センサが備えられるものである。
調整工程では当該基準接点の温度を測定する温度センサ等の校正も行われる。発熱部品を少なからず内蔵している装置である以上、当該温度センサは、装置自身の内部で生じる熱の影響を受けるものであり、この影響も前記の調整工程によって校正されるものである。従って、調整工程における姿勢において生じる装置内の熱分布に基づいて、温度センサ等の測定値が校正される。即ち、発熱部品を備えることによって装置内で生じる熱の対流等の影響も加味された上で温度センサ等の測定値が校正されることになる。
しかしながら、装置の実際の使用環境においては、調整工程と同じ姿勢で装置が設置されるとは限らない。即ち、図４に示されるように、例えば図４（ａ）の姿勢にて調整工程が行われる温度測定装置１について、ユーザの実際の使用環境では図４（ｂ）や図４（ｃ）のように設置される場合もある。
このように、調整工程と異なる姿勢で装置を設置した場合、装置内部で生じる熱の対流等に変化を与え、基準接点の温度センサが受ける影響にも変化が生じる場合がある。図４の例では、図４（ａ）と図４（ｂ）の姿勢を比較すると、基準接点１１の温度センサ１２が装置下部に位置する点では同じであるが、姿勢が９０°変化することにより、温度センサ１２と装置内部の各部品（特に図示せず）との位置関係に変化が生じることが理解できる。また、図４（ａ）と図４（ｃ）の比較では、温度センサ１２の位置が、図４（ａ）では装置下部、図４（ｃ）では装置上部となり、熱の対流等の変化の影響をより大きく受け得る。これらのように、装置内部で生じる熱の対流から温度センサ１２が受ける影響に相違が生じることが理解できる。
従って、調整工程とは異なる姿勢にて装置が設置された場合、設置姿勢（傾斜角度）の相違に基づいた測定誤差が生じてしまうものである。
本発明に係る温度測定装置は、このような測定誤差を補正させることが可能な温度測定装置である。

以下、本発明の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

図１は、本発明に係る実施形態の温度測定装置の構成の概略を示すブロック図である。
同図に示されるように、本実施形態の温度測定装置１は、熱電対２が接続されて使用されるものであり、熱電対２が接続される熱電対入力端子部１１と、この熱電対入力端子部１１の近傍の温度を測定する温度センサである温度補償素子１２と、熱電対２における電位差に基づく温度を算出し、これに対して温度補償素子１２から得られる温度情報を用いて温度補償処理を行う測定値演算部１３と、傾斜角度を取得する傾斜角度取得部１４と、傾斜角度に応じた補正値が予め登録される補正値記憶部１６と、傾斜角度取得部１４によって得られる取得傾斜角度に応じて、補正値記憶部１６に登録されている補正値を用いて補正処理を行う角度補正値演算部１５と、測定結果を表示する測定値表示部１７と、等を備える。

熱電対入力端子部１１、温度補償素子１２、測定値演算部１３、測定値表示部１７は、熱電対２に生じる電位差に基づく温度に対し、基準接点（熱電対入力端子部１１）の温度を用いた温度補償を行い、その結果を表示するものであり、従来の温度測定装置（例えば、デジタル温度制御装置等）が有する一般的な構成であるため、ここでの詳しい説明を省略する。

傾斜角度取得部１４は、装置の傾斜角度（傾斜方向及び角度）を取得するものであり、本実施形態においては、ユーザからの入力を受け付ける入力部であって、ユーザが直接操作する操作部によって構成される。即ち、操作部に対して、ユーザが、温度測定装置１の傾斜方向と角度を入力することによって、これらの情報が得られるものである。より具体的には、装置の設定モード等において、表示部（測定値表示部１７であってよい）に適宜情報を表示しつつ、温度測定装置１の傾斜方向と角度の入力を求め、これに対して、ユーザが操作部である傾斜角度取得部１４を操作することによって、傾斜方向と角度の情報が得られるものである。得られた傾斜方向と角度の情報は装置に記憶される。なお、本実施形態では、説明の簡略化のため、傾斜方向を１軸に対する回転のみ（図４（ａ）〜（ｃ）で示される回転）として説明する。

補正値記憶部１６は、傾斜角度に応じた補正値が登録されている。「傾斜角度に応じた補正値」とは、例えば、プロトタイプについて、基準姿勢（調整工程の姿勢）からＮ°傾斜させた場合の測定温度を実測するなどして、基準姿勢における測定温度に対して、傾斜させた場合（基準傾斜角度）の測定値が何度ずれるかを各基準傾斜角度ごとに取得し、これらのずれを補正させる値を「傾斜角度に応じた補正値」としているものである。
本実施形態では、図２（ａ）に一例が示されるように、所定間隔（図２（ａ）では４５°おき）の基準傾斜角度のそれぞれについて、基準姿勢（調整工程の姿勢）に対する差分としての補正値が補正値記憶部１６に登録される。即ち、基準姿勢（調整工程の姿勢）において測定される値を真値とし、装置を傾斜させた場合（基準傾斜角度）における測定値の真値からのずれの分を補正値としている。
なお、基準姿勢にて調整工程が行われる点は、従来の装置と同様であり、従って、各個体の特性に応じた調整が、基準姿勢にて行われる。一方、「傾斜角度に応じた補正値」については、本実施形態では、装置の設計として一律に登録してあるものである（補正値自体は調整工程で調整されるものではない）。従って、調整工程の工数としては従来と別段変わることなく本発明を適用できるものである。

角度補正値演算部１５は、温度計測処理時に、傾斜角度取得部１４から得られる装置の傾斜角度（傾斜方向及び角度）に対応する補正値を、補正値記憶部１６から取得し、当該補正値に基づいて、測定値を補正する処理、即ち、測定値演算部１３の出力（測定値）に対して、補正値を加算する処理を行う。
当該処理において、装置の傾斜角度が、基準傾斜角度と同じ場合には、補正値記憶部１６に登録されている基準傾斜角度に対応する補正値をそのまま使用する。
一方、装置の傾斜角度が、基準傾斜角度と異なる場合、例えば、図２（ａ）のごとく、基準傾斜角度が４５°おきで設定されている場合に、装置の傾斜角度が６０°である場合には、図２（ｂ）に示されるように、基準傾斜角度の補正値を直線補間することによって６０°に対応する補正値を算出し、これによって測定値を補正する（測定値演算部１３からの出力（測定値）に対して、算出した補正値を加算する）処理を行う。
なお、ここでは直線補間を例としているが、２次近似式（若しくはさらに高次の近似式）を用いる等、補間の方法は適宜選択すればよい。

図３には、本実施形態の温度測定装置１による実験結果をグラフとして示した。
同図における“補正前”のグラフ（実線）は、角度補正値演算部１５による傾斜角度に応じた補正処理を行わない場合の測定値（即ち、測定値演算部１３からの出力）と、実際の測定対象の温度との差分を、設置角度ごとに示している。
“補正後”のグラフ（破線）は、角度補正値演算部１５による補正処理を行った場合の測定値と、実際の測定対象の温度との差分を設置角度ごとに示す。
図３に示されるように、角度補正値演算部１５による補正処理を行わない場合（“補正前”）、装置の設置角度に応じて、最大で±１度程度の誤差が生じているが、角度補正値演算部１５による補正処理を行った場合には（“補正後”）、誤差が±０．２５度程度であり、誤差が１／４程度まで低減されていることがわかる。

以上のごとく、本実施形態の温度測定装置１によれば、装置の設置姿勢（傾斜角度）が、基準姿勢（調整工程の姿勢）と異なる場合においても、当該設置姿勢の変化に基づく測定誤差を補正させることが可能であり、より正確な測定装置を提供できる。

なお、実施形態においては、説明の便宜のため、傾斜方向を１軸に対する回転のみとして説明しているが、各傾斜方向や傾斜角度に対応させた補正値を登録しておくことで、任意の傾斜方向、角度に対応することができる。
また、実施形態では、傾斜角度取得部として、ユーザからの入力を受け付ける入力部である操作部を例としているが、これに限るものではなく、例えばユーザからの入力を受け付ける入力部として、有線または無線で情報を受信する受信部を備えるもの（ユーザがＰＣなどの外部機器を利用して設定するもの）であってもよい。また、ユーザからの入力によって傾斜角度を取得するのではなく、装置の設置角度を感知する傾斜センサ（３軸加速度センサなど）を備えることによって、傾斜角度を取得するもの（傾斜センサによって傾斜角度取得部が構成されるもの）であってもよい。

また、「傾斜角度に応じた補正値」について、実施形態では、装置の設計として一律に登録してあるものとし、調整工程における調整の対象とはしないものとして説明したが、補正値を調整工程で調整するようにしてもよい。例えば、調整工程において、調整対象の装置を設置した状態で所定角度に傾けることが可能なジグを用いるなどして、各個体ごとに補正値を調整して補正値記憶部１６に登録するものであっても良い。
また、設置角度が、基準傾斜角度と異なっている場合に、直線補間によって補正値を随時算出するものを例としているが、随時算出ではなく、各角度に応じた補正値を予め算出しておき、これを利用する（各角度に応じた補正値のテーブルを予め設定しておく）ものであってもよい。なお、プロトタイプ等を実験的に測定すること等によって得る基準傾斜角度ごとの補正値を、より細かく取得しておけば、補正値の補間を不要にすることもできる。例えば、基準傾斜角度を３°間隔とし、設置角度が基準傾斜角度と異なる場合には、最も近い基準傾斜角度に対応する補正値を使用する（設置角度が＋１１°である場合には＋１２°の補正値を使用する）等してもよい。

１．．．温度測定装置
１１．．．熱電対入力端子部（熱電対が接続される端子、基準接点）
１２．．．温度補償素子（温度センサ）
１３．．．測定値演算部
１４．．．傾斜角度取得部
１５．．．角度補正値演算部
１６．．．補正値記憶部
２．．．熱電対

Claims (6)

1. 熱電対が接続される端子と、
   前記端子の近傍の温度を測定する温度センサと、
   前記熱電対における電位差に基づく温度を算出し、当該算出された温度に対して前記温度センサから得られる温度情報を用いて温度補償処理を行う測定値演算部と、
   傾斜角度を取得する傾斜角度取得部と、
   傾斜角度に応じた補正値が予め設定される補正値記憶部と、
   前記傾斜角度取得部によって得られる取得傾斜角度に応じた前記補正値を用いた補正処理を行う角度補正値演算部と、
   を備えることを特徴とする温度測定装置。
2. 前記傾斜角度に応じた補正値が、複数の基準傾斜角度のそれぞれに対する補正値として設定されており、前記取得傾斜角度が前記複数の基準傾斜角度の何れとも一致しない場合には、前記複数の基準傾斜角度に対する補正値に基づいて前記取得傾斜角度に対応する補間値を算出する処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
3. 前記傾斜角度取得部が、ユーザからの入力を受け付ける入力部によって構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度測定装置。
4. 前記傾斜角度取得部が、傾斜センサによって構成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の温度測定装置。
5. 熱電対における電位差に基づく温度を算出し、当該算出された温度に対して基準温度接点の温度情報を用いた温度補償を行うステップと、
   温度測定装置の傾斜角度を取得するステップと、
   傾斜角度に応じて予め定められた補正値に基づき、前記取得した傾斜角度に対応する前記補正値を用いて、前記温度補償された出力に対する補正処理を行うステップと、
   を実行することを特徴とする温度測定方法。
6. 前記傾斜角度に応じた補正値が、複数の基準傾斜角度のそれぞれに対する補正値として定められており、前記取得傾斜角度が前記複数の基準傾斜角度の何れとも一致しない場合には、前記複数の基準傾斜角度に対する補正値に基づいて前記取得傾斜角度に対応する補間値を算出するステップを実行することを特徴とする請求項５に記載の温度測定方法。

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