JPWO2018179408A1

JPWO2018179408A1 - 温度測定装置

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Publication number: JPWO2018179408A1
Application number: JP2018513043A
Authority: JP
Inventors: 太下薗; 健太渡邉; 吉英豊嶋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-04-04
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Abstract

温度測定装置（１００）は、熱電対（１）を使用して温度測定を行う冷接点補償型の温度測定装置であって、多層プリント基板（３）と、多層プリント基板（３）における一面（３ａ）上に実装されて熱電対（１）が接続されるとともに熱電対（１）の基準接点となる端子台（２）と、多層プリント基板（３）における一面（３ａ）上に実装された、熱電対（１）の基準接点の温度を検出するための測温素子（４）と、を備える。端子台（２）と測温素子（４）とは、多層プリント基板（３）の面内において多層プリント基板（３）における他の領域よりも均熱性の高い均熱領域に形成されている。

Description

本発明は、熱電対を使用して温度測定を行う温度測定装置に関する。

熱電対を使用して温度測定を行う温度測定装置は、冷接点補償技術を用いて対象の温度を測定している。すなわち、熱電対を使用して温度測定を行う温度測定装置では、熱電対に生じる熱起電力から得られた温度を、サーミスタまたはダイオードといった測温素子を用いて検出した熱電対の基準接点の温度、すなわち冷接点の温度を用いて補償する。このような温度測定装置における基準接点は、プリント基板を収納する本体部と熱電対とを電気的および熱的に接続する端子台であり、測温素子はプリント基板上における端子台に近い領域に配置される。

しかしながら、プリント基板上への部品実装に関する物理的制約上、測温素子と端子台とを極限まで近づけて配置することはできず、両者間の距離が離れてしまう。このため、両者間の熱抵抗が大きく、熱抵抗により生じる温度差が温度測定誤差となる。

これに対して、特許文献１には、基準接点となる入力用の端子と、冷接点補償回路を構成する感温素子との間に、熱伝導性の高い熱伝導材である放熱シートを配備した温度測定装置が開示されている。

特開２００１−１２４６３６号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、放熱シートといった特別な部品を追加する必要があり、構造が複雑となり、小型化が困難である、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡単な構造で小型化が可能であり、高精度な温度測定が可能な温度測定装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる温度測定装置は、熱電対を使用して温度測定を行う冷接点補償型の温度測定装置であって、多層プリント基板と、多層プリント基板における一面上に実装されて熱電対が接続されるとともに熱電対の基準接点となる端子台と、多層プリント基板における一面上に実装された、熱電対の基準接点の温度を検出するための測温素子と、を備える。端子台と測温素子とは、多層プリント基板の面内において多層プリント基板における他の領域よりも均熱性の高い均熱領域に形成されている。

本発明にかかる温度測定装置は、簡単な構造で小型化が可能であり、高精度な温度測定が可能な温度測定装置が得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる温度測定装置を左側面から見た内部透視図であり、左側面を透過して見た状態を示す図本発明の実施の形態１にかかる温度測定装置を左前方から見た斜視図であり、一部を切り欠いて見た状態を示す図本発明の実施の形態１にかかる処理回路のハードウェア構成の一例を示す図本発明の実施の形態２にかかる温度測定装置を左側面から見た内部透視図であり、左側面を透過して見た状態を示す図本発明の実施の形態３にかかる温度測定装置を左側面から見た内部透視図であり、左側面を透過して見た状態を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる温度測定装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる温度測定装置１００を左側面から見た内部透視図であり、左側面を透過して見た状態を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる温度測定装置１００を左前方から見た斜視図であり、一部を切り欠いて見た状態を示す図である。なお、図２においては、便宜上、一部の構成の図示を省略している。

本実施の形態１にかかる温度測定装置１００は、熱電対を使用して温度測定を行う冷接点補償型の温度測定装置である。本実施の形態１にかかる温度測定装置１００は、筺体８の内部に、多層プリント基板３と、多層プリント基板３における一面上に実装されて熱電対１の基準接点となる端子台２と、多層プリント基板３における一面上に実装された、熱電対１の基準接点の温度を検出するための測温素子４と、を備える。端子台２には、熱電対１が接続される。そして、端子台２と測温素子４とは、多層プリント基板３の面内において多層プリント基板３における他の領域よりも均熱性の高い均熱領域である第１領域５に形成されている。また、温度測定装置１００は、多層プリント基板３の面内における測温素子４と発熱部品１９との間に、多層プリント基板３の面内において発熱部品１９に隣り合う領域よりも熱伝導率が低い断熱領域を備える。

熱電対１は、異種金属からなる２つの導体線１ａおよび導体線１ｂにより構成されている。導体線１ａの一端と導体線１ｂの一端とは接続され、測定対象物に対する測温接点１ｃとされている。熱電対１は、使用温度範囲および使用限度温度によって、異種金属として鉄とコンスタンタンとが使用されているＪ型熱電対、異種金属としてクロメルとアルメルとが使用されているＫ型熱電対といった、様々な異種金属の組み合わせの熱電対が提案されている。本実施の形態１にかかる温度測定装置１００では、熱電対１の種類は特に規定されない。

端子台２は、樹脂からなり、箱形形状を有する。端子台２は、熱電対１との接続部である端子９と、端子９にねじ込まれる図示しない２つのねじとを側面２ａに備える。端子９は、導電性の板金により構成されて筐体８内に収容された多層プリント基板３に接続された端子９ａおよび端子９ｂの２つの端子からなる。ねじは、端子９ａおよび端子９ｂにねじ込まれ、端子９ａおよび端子９ｂとの間に熱電対１を挟む。端子台２は、筐体８の内部に収容される。そして、端子台２は、端子台２への熱電対１の取り付けおよび端子台２からの熱電対１の取り外しを容易にするため、端子９が設けられた側面２ａを筐体８の外側に露出させて配置されている。また、端子台２は、筐体８の内部側の一部が多層プリント基板３の一面上に固定されている。

測温素子４は、サーミスタまたはダイオードといった端子間抵抗、または電圧に温度依存する特性を有する素子が温度検出用素子として使用され、多層プリント基板３の一面３ａ上において、端子台２の近くの領域に配置されている。測温素子４は、多層プリント基板３の一面３ａ上において、極力端子台２に近い位置に配置される。

多層プリント基板３は、一面３ａに、端子台２、測温素子４、および発熱部品１９を含む処理回路が実装されている。一面３ａの外形形状は、四角形状とされている。多層プリント基板３の一面３ａには、熱電対１の熱起電力を測定する第１測定回路１０と、測温素子４の温度を測定する第２測定回路１１と、第１測定回路１０の測定結果と第２測定回路１１の測定結果とにより測定対象物の温度を算出する制御部１２と、が実装されている。また、多層プリント基板３の一面３ａには、図示しない外部電源または内部電源から供給される電力を多層プリント基板３上の各電子部品に供給する電源回路１３が実装されている。

多層プリント基板３は、多層プリント基板３の面内において、端子台２および測温素子４が配置された第１領域５と、第１測定回路１０、第２測定回路１１、制御部１２および電源回路１３といった複数の回路が配置された第２領域６と、を有する。第１領域５と第２領域６とは、第１領域５と第２領域６との間に位置する第３領域７によって区画されている。すなわち、第１領域５は、多層プリント基板３の面内において、第３領域７を挟んで第２領域６と反対側に位置する。

端子台２と測温素子４とが配置された第１領域５は、端子台２と測温素子４との間の熱抵抗を小さくするために、多層プリント基板３の配線パターンを構成する金属層の配線密度が、多層プリント基板３における他の領域よりも高くされている。多層プリント基板３の配線パターンを構成する金属層は、金属材料の中でも相対的に熱伝導率の高い銅およびアルミニウムといった金属材料によって形成されている。温度測定装置１００においては、多層プリント基板３の内層に構成される電源線およびグランド配線といった、図示しない大面積配線を構成する金属箔パターン、すなわちベタパターンを第１領域５に敷設することで、第１領域５の熱伝導率を高めている。

これにより、第１領域５は、第１領域５全体における熱伝導率の平均が、多層プリント基板３における他の領域よりも高く、且つ第１領域５全体において均熱化が図られて、一面３ａの面内において多層プリント基板３における他の領域よりも均熱性の高い均熱領域とされている。第１領域５全体における熱伝導率の平均は、多層プリント基板３における他の各領域における熱伝導率の平均よりも高く、第２領域６全体における熱伝導率の平均および第３領域７全体における熱伝導率の平均よりも高い。ここで、「均熱性が高い」とは、一面３ａの面内において区画された複数の領域について、１つの領域全体の熱伝導率の平均を比較した場合に、熱伝導率の平均が、他の領域よりも高いことを意味する。すなわち、「均熱性」は、１つの領域全体の熱伝導率の平均の大きさによって評価することができる。そして、第１領域５は、第１領域５全体の熱伝導率を高めることによって、第２領域６および多層プリント基板３全体よりも、多層プリント基板３の面内における単位長さあたりの熱抵抗が小さくされている。

多層プリント基板３において端子台２と測温素子４とが配置される第１領域５の熱抵抗が大きい場合には、端子台２と測温素子４との間の熱抵抗に起因して端子台２と測温素子４との間の温度差が大きくなる。そして、この温度差が、温度測定装置１００における温度測定誤差の原因となる。

しかしながら、温度測定装置１００では、端子台２の温度と測温素子４とが実装された第１領域５全体の熱伝導率を高めることによって第１領域５全体が均熱化されている。これにより、温度測定装置１００では、端子台２と測温素子４との間の熱抵抗により生じる端子台２の温度と測温素子４の温度との温度差を低減することができ、端子台２と測温素子４との間の熱抵抗に起因した温度測定誤差を低減することができる。

なお、温度測定装置１００における熱電対１の実質的な基準接点、すなわち冷接点は、熱電対１と端子台２との接続点である端子９である。実質的な基準接点である端子９は、端子台２の内部に配置されて端子９と多層プリント基板３との電気的接続および熱的接続を可能とする端子基板間配線１５によって、多層プリント基板３の一面３ａ上の接続部１６において多層プリント基板３に接続されている。接続部１６は、端子基板間配線１５と多層プリント基板３との接続部であり、端子台２と多層プリント基板３との接続部と換言できる。

端子基板間配線１５は、端子基板間配線１５ａと端子基板間配線１５ｂとにより構成されている。端子基板間配線１５ａの一端側は、端子９ａに接続されている。端子基板間配線１５ａの他端側は、接続部１６ａにおいて多層プリント基板３に接続されている。また、端子基板間配線１５ｂの一端側は、端子９ｂに接続されている。端子基板間配線１５ｂの他端側は、接続部１６ｂにおいて多層プリント基板３に接続されている。

そして、端子基板間配線１５は、多層プリント基板３において第１測定回路１０に接続されて設けられた第１測定回路接続配線１７に、多層プリント基板３を介して電気的に接続されている。すなわち、端子基板間配線１５ａの他端側は、第１測定回路１０に接続されて設けられた第１測定回路接続配線１７ａに、多層プリント基板３を介して電気的に接続されている。端子基板間配線１５ｂの他端側は、第１測定回路１０に接続されて設けられた第１測定回路接続配線１７ｂに、多層プリント基板３を介して電気的に接続されている。第１測定回路接続配線１７は、第１領域５から第３領域７にわたって多層プリント基板３の内層に設けられている。

端子基板間配線１５ａおよび端子基板間配線１５ｂは、金属材料の中でも相対的に熱伝導率の高い金属材料を用いて構成されている。このため、端子９と多層プリント基板３との接続部と、端子９と、の間には温度差がほとんど生じない。したがって、端子台２と多層プリント基板３との接続部１６を熱電対１の基準接点として扱う。

端子基板間配線１５には、金属材料の中でも相対的に熱伝導率の高い金属材料である、銀、銅、金およびアルミニウムといった金属材料を用いることが好ましい。ただし、銀および金は高価であるため、コストの観点からは、端子基板間配線１５に用いられる金属材料は、銅またはアルミニウムといった材料が好ましい。

また、多層プリント基板３は、エポキシまたはポリイミドといった、多層プリント基板に用いられる樹脂の中でも相対的に熱伝導率の低い樹脂を基材として構成されている。多層プリント基板３においては、多層プリント基板３の一面３ａ上に実装された第１測定回路１０、第２測定回路１１、制御部１２、および電源回路１３といった回路を構成する発熱部品１９と、測温素子４との間に、断熱領域である第３領域７が設けられている。第３領域７は、多層プリント基板３の面内における測温素子４と発熱部品１９との間に、多層プリント基板３の面内において発熱部品１９に隣り合う領域よりも熱伝導率が低い領域である。

第３領域７は、多層プリント基板３の配線パターンを構成する金属層の密度が多層プリント基板３において部分的に低くすることで実現されている。これにより、第３領域７は、金属層の配置密度に比べて、第３領域７におけるエポキシまたはポリイミドといった樹脂の配置密度が相対的に高くなっており、樹脂基材をベースとして構成されている。すなわち、第３領域７は、第１領域５および第２領域６よりも、多層プリント基板３の配線パターンを構成する配線の配線密度が低い領域とされている。したがって、第３領域７は、第１領域５および第２領域６よりも、エポキシまたはポリイミドといった樹脂の配置密度が高い。温度測定装置１００においては、第３領域７は、多層プリント基板３の内層に構成される電源線およびグランド配線といった図示しない大面積配線を構成するベタパターンを、対象領域から取り除くことで形成されている。

エポキシまたはポリイミドといった樹脂素材は、熱伝導率が０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度と低いことから、断熱効果があり、建築用の断熱材にも広く用いられている。したがって、第３領域７は、熱伝導率が低い基材を主体として構成されているため、第１領域５および第２領域６よりも熱伝導率が低く、断熱効果がある。このため、第３領域７は、第２領域６に実装された発熱部品１９の熱が多層プリント基板３を介して測温素子４に伝わることを抑制または遮断し、第２領域６に実装された発熱部品１９と測温素子４との間の熱抵抗を大きくする。これにより、第３領域７は、第２領域６に実装された発熱部品１９の熱が測温素子４に伝わって測温素子４の温度が変化することを抑制または防止することができる。すなわち、第２領域６に実装された発熱部品１９の熱がほとんど測温素子４に伝わらないため、測温素子４の温度変化を抑制することができる。そして、第３領域７が、配線層の金属層を含まず、樹脂素材のみによって構成された場合に、上記の効果が最も大きくなる。

第１測定回路１０は、多層プリント基板３の一面３ａ上における第２領域６に実装され、熱電対１の熱起電力を測定する。第１測定回路１０を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。端子９における端子９ａと端子９ｂとの間には、熱電対１の測温接点１ｃと端子９ａとの間の温度差と、測温接点１ｃと端子９ｂとの間の温度差と、に依存した熱起電力である電圧が発生する。第１測定回路１０は、端子基板間配線１５、接続部１６および第１測定回路接続配線１７を介して端子９ａと端子９ｂとの電圧を測定し、測定した電圧を利用して、定法に従って熱電対１の熱起電力に対応する測温接点１ｃと端子９との間の温度差を検出する。

第２測定回路１１は、多層プリント基板３の一面３ａ上における第２領域６に実装され、測温素子４とともに基準接点温度補償回路を構成する。第２測定回路１１を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。第２測定回路１１は、第１領域５から第３領域７にわたって多層プリント基板３の表層において設けられた第２測定回路接続配線１８によって、測温素子４に電気的に接続されている。第２測定回路接続配線１８は、第２測定回路接続配線１８ａと第２測定回路接続配線１８ｂとにより構成されている。第２測定回路接続配線１８ａの一端側は、測温素子４の一端に電気的に接続され、他端側は第２測定回路１１に電気的に接続されている。第２測定回路接続配線１８ｂの一端側は測温素子４の他端に電気的に接続され、他端側は第２測定回路１１に電気的に接続されている。

第２測定回路１１は、電源回路から測温素子４に一定の電流を流した際の測温素子４の両端の電圧を、第２測定回路接続配線１８を介して測定する。そして、第２測定回路１１は、測温素子４の両端の電圧から、定法に従って基準接点温度である測温素子４の温度を測定する。

制御部１２は、第１測定回路１０の出力である熱電対１の熱起電力に対応する測温接点１ｃと端子９との間の温度差と、第２測定回路１１の出力である測温素子４の温度と、により測定対象物の温度を算出する。制御部１２を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。

制御部１２は、例えば、図３に示したハードウェア構成の処理回路として実現される。図３は、本発明の実施の形態１にかかる処理回路のハードウェア構成の一例を示す図である。制御部１２が図３に示したハードウェア構成の処理回路として実現される場合には、制御部１２は、例えば、図３に示すプロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを実行することにより、実現される。また、複数のプロセッサおよび複数のメモリが連携して上記機能を実現してもよい。また、制御部１２の機能のうちの一部を電子回路として実装し、他の部分をプロセッサ１０１およびメモリ１０２を用いて実現するようにしてもよい。

電源回路１３は、多層プリント基板３の一面３ａ上における第２領域６に実装され、図示しない外部電源または内部電源から供給される電力を、第２領域６に実装された各電子部品に供給する。電源回路１３を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。

電源回路１４は、多層プリント基板３の一面３ａ上における第１領域５に実装され、図示しない外部電源または内部電源から供給される電力を、第１領域５に実装された測温素子４に供給する。電源回路１３を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。なお、電源回路１４は、測温素子４の温度測定用の電源を供給できればよい。このため、電源回路１４に含まれる発熱部品１９の発熱量は、電源回路１３に含まれる発熱部品１９の発熱量に比べて少ない。また、測温素子４への発熱部品１９の熱の影響を低減するために、電源回路１４は、第１領域５において測温素子４から極力離れた位置に配置されることが好ましい。

つぎに、本実施の形態１にかかる温度測定装置１００における温度測定動作について説明する。測定対象物の測定点の温度を測定する場合、まず、端子台２に熱電対１を接続し、図示しない測定開始ボタンをオンにして、測温接点１ｃを測定対象物の測定点に接触させる。

制御部１２は、第１測定回路１０を動作させて、熱電対１の熱起電力に対応する測温接点１ｃと端子９との間の温度差を、第１測定回路１０から取得する。また、制御部１２は、第２測定回路１１を動作させて、基準接点温度である測温素子４の温度を第２測定回路１１から取得する。

そして、制御部１２は、測温接点１ｃと端子９との間の温度差と、測温素子４の温度と、により測定対象物の測定点の温度を算出する。すなわち、制御部１２は、測温接点１ｃと端子９との間の温度差を測温素子４の温度で補償することで、測定対象物の測定点の温度を測定する。

上述した温度測定方法の一例として、測定対象物の測定点の温度が１００℃、端子９の温度が５５℃、測温素子４の温度が５６℃であった場合について説明する。測温接点１ｃと端子９との間の温度差である「１００℃−５５℃＝４５℃」が熱電対１および第１測定回路１０によって測定され、この温度が測温素子４によって測定された基準接点温度５６℃で補償される。すなわち、制御部１２において、「５６℃＋４５℃＝１０１℃」の演算が行われて、測定対象物の測定点の温度が測定される。

このときの端子９の温度と測温素子４の温度との温度差である、「５５℃−５６℃＝−１℃」が温度測定誤差となる。以上のように、端子９と測温素子４との温度差が温度測定装置１００の温度測定誤差となるため、この両者間の温度差を極力小さくする必要がある。

上述したように、本実施の形態１にかかる温度測定装置１００においては、端子９は、金属材料の中でも相対的に熱伝導率の高い金属材料からなり端子９と多層プリント基板３との電気的接続および熱的接続を可能とする端子基板間配線１５によって多層プリント基板３と接続されている。このため、端子基板間配線１５と多層プリント基板３との接続点である接続部１６と、端子９と、の間での温度差はほとんど生じない。

しかしながら、端子基板間配線１５と多層プリント基板３との接続点である接続部１６は、端子台２の内部に設けられており、多層プリント基板３上に実装される測温素子４と接続部１６との間は、多層プリント基板３上における部品の実装に関する物理的制約により、極限まで近づけて実装することができない。このため、測温素子４と接続部１６との間では熱抵抗が大きく、両者間に温度差が生じる。すなわち、測温素子４の温度と端子台２の温度との間に温度差が生じ、温度測定装置１００における熱電対１の実質的な基準接点である端子９との間に温度差が生じる。

そこで、温度測定装置１００では、多層プリント基板３の面内において端子台２および測温素子４が配置された第１領域５の内層に、電源線およびグランド配線といった大面積配線を構成するベタパターンを意図的に多く敷設している。これにより、温度測定装置１００では、多層プリント基板３における第１領域５全体の熱伝導率を高め、第１領域５の面内において温度差を生じにくくすることで測温精度を高めることができる。そして、温度測定装置１００では、端子台２の温度と測温素子４とが実装された第１領域５全体の熱伝導率を高めることによって第１領域５全体が均熱化されている。これにより、温度測定装置１００では、端子台２と測温素子４との間の熱抵抗により生じる端子台２の温度と測温素子４の温度との温度差を低減することができ、端子台２と測温素子４との間の熱抵抗に起因した温度測定誤差を低減することができ、測温精度向上効果が得られる。

また、この際、多層プリント基板３内層に敷設するベタパターンの層厚を厚くすることで、多層プリント基板３における第１領域５全体の熱伝導率を高めることも有効である。

また、基準接点温度測定用の測温素子４に関しては、発熱部品１９と同一の多層プリント基板３上に配置した場合、多層プリント基板３を介した熱伝導による経路を主経路として発熱部品１９の熱が測温素子４に伝わり、測温素子４の温度が変化する。このように、温度測定装置１００の動作時においては、発熱部品１９の影響により測温素子４の温度が変化することで端子９と測温素子４との間の温度差も変化し、温度測定装置１００の温度測定誤差を生じる。

そこで、温度測定装置１００では、第１測定回路１０、第２測定回路１１、制御部１２および電源回路１３といった多くの回路の発熱部品１９が実装された第２領域６と、測温素子４が実装された第１領域５との間に、第３領域７を設けている。第３領域７は、金属配線の配線密度を低くすることで樹脂基材をベースとして構成され、第２領域６に実装された発熱部品１９の熱が測温素子４に伝わって測温素子４の温度が変化することを抑制でき、測温精度向上効果が得られる。

また、多層プリント基板３の内層に構成される電源線およびグランド配線のパターンを第３領域７によって第１領域５と第２領域６とで完全に分離することで、第２領域６に実装された発熱部品１９から測温素子４への伝熱の抑制および防止の効果が大きくなる。

そして、上記の第１領域５と第３領域７とを組み合わせることによって、より高い測温精度向上効果が得られる。

また、熱電対１の基準接点である端子台２、測温素子４、均熱領域である第１領域５、断熱領域である第３領域７が同一基板上に構成される。これによって、基準接点と測温素子４との間の均熱化、第２領域６に実装された発熱部品１９と測温素子４との断熱または第２領域６に実装された発熱部品１９から測温素子４への伝熱の抑制を、上記の部品群が実装される同一多層プリント基板３における配線パターンの粗密で構成できる。これにより、多層プリント基板３以外の特別な部材および加工が不要であり、温度測定装置１００の測温精度向上とともに小型化の効果が得られる。

すなわち、温度測定装置１００では、基準接点と測温素子４との間の熱抵抗を低下させるために両者の間に熱伝導性の良い他の部品を挿入する、または、測温素子４を発熱部品１９から断熱するために両部品間に基板の切欠きまたは開口といった断熱部を設けたり、基準接点と測温素子４を物理的に分離したりする、といった特別な部品および加工が不要である。すなわち、温度測定装置１００では、多層プリント基板３における配線のパターンの粗密の変更のみで上述した効果が得られ、構造が簡単であり、小型化が可能である。

また、上記においては温度測定装置１００に熱電対１が１対のみ接続される場合について示したが、温度測定装置１００に複数対の熱電対１が接続される場合についても、上記と同様の効果が得られる。

また、温度測定装置１００に複数対の熱電対１が接続される場合において測温精度をさらに高めるには、複数対の熱電対１のそれぞれに対して測温素子４を配置する構成も有効である。

したがって、本実施の形態１にかかる温度測定装置１００によれば、熱電対を使用して温度測定を行う冷接点補償型の温度測定装置において、特別な部品および加工を必要とせずに、安価で高精度かつ小型の温度測定装置を提供することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる温度測定装置２００を左側面から見た内部透視図であり、左側面を透過して見た状態を示す図である。上述したように、実施の形態１にかかる温度測定装置１００では、測温素子４が実装される第１領域５と、発熱部品１９が実装された第２領域６との間に断熱領域である第３領域７が形成されている。そして、温度測定装置１００の第３領域７は、多層プリント基板３の内層に構成される電源線およびグランド配線といった大面積配線を構成するベタパターンを、第３領域７の対象領域から取り除くことで形成されている。図１に示す温度測定装置１００のように、第１領域５と第２領域６とを第３領域７によって完全に分断することで、第２領域６に実装された発熱部品１９の熱が測温素子４に伝わることを抑制する効果が大きくなる。

一方で、多層プリント基板３の内層に構成される電源線およびグランド配線のパターンを第１領域５と第２領域６とで完全に分離し、電源線およびグランド配線が２系統以上になると、電源線およびグランド配線の電位が不安定になり、多層プリント基板３上に実装された回路の誤動作を引き起こす可能性が考えられる。

そこで、本実施の形態２にかかる温度測定装置２００では、第３領域７の配置箇所を、図４に示すように発熱部品１９と測温素子４との主要な熱経路のみを断熱構造とすることで上述した回路の誤作動の発生を防止することができる。ここで、発熱部品１９と測温素子４との主要な熱経路とは、多層プリント基板３の面内において対向する発熱部品１９と測温素子４との間の領域である。したがって、図４に示すように多層プリント基板３の面内において、対向する発熱部品１９と測温素子４との間の領域を除いた、多層プリント基板３の外周縁部領域を介して、第１領域５と第２領域６とで電源線およびグランド配線のパターン同士を接続する。これにより、上述した回路の誤作動の発生を防止することができる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３にかかる温度測定装置３００を左側面から見た内部透視図であり、左側面を透過して見た状態を示す図である。上述した実施の形態１にかかる温度測定装置１００および実施の形態２にかかる温度測定装置２００においては、第１領域５に実装された測温素子４と、第２領域６に実装された各種回路を構成する発熱部品１９とは、多層プリント基板３における同一面上、すなわち一面３ａ上に実装されている。

しかしながら、温度測定装置１００および温度測定装置２００では、使用時の設置方向は特に規定されない。このため、第１領域５に実装された測温素子４と、第２領域６に実装された各種回路を構成する発熱部品１９と、が同一面上に実装されていることで、発熱部品１９の熱が、多層プリント基板３を介した熱伝導のみならず、発熱部品１９の熱によって暖められた発熱部品１９の周辺の空気の移動による対流によっても測温素子４に伝わり、測温素子４の温度が変化する。

そこで、本実施の形態３にかかる温度測定装置３００では、図５に示すように第１領域５に実装された測温素子４と、第２領域６に実装された各種回路を構成する発熱部品１９とを、多層プリント基板３における異なる面に実装する。すなわち、第１領域５に実装された測温素子４は、多層プリント基板３における一面３ａ上に実装されている。一方、第２領域６に実装された各種回路を構成する発熱部品１９は、多層プリント基板３において一面３ａが向く方向と反対方向を向く他面上に実装されている。これにより、本実施の形態３にかかる温度測定装置３００では、発熱部品１９の熱が、上述した発熱部品１９の熱に起因した空気の対流によって測温素子４に伝わることを抑制し、発熱部品１９が測温素子４の温度に与える影響を軽減して、測温精度を高めることができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１熱電対、１ａ，１ｂ導体線、１ｃ測温接点、２端子台、２ａ側面、３多層プリント基板、３ａ一面、４測温素子、５第１領域、６第２領域、７第３領域、８筐体、９，９ａ，９ｂ端子、１０第１測定回路、１１第２測定回路、１２制御部、１３，１４電源回路、１５，１５ａ，１５ｂ端子基板間配線、１６，１６ａ，１６ｂ接続部、１７，１７ａ，１７ｂ第１測定回路接続配線、１８，１８ａ，１８ｂ第２測定回路接続配線、１９発熱部品、１００，２００，３００温度測定装置、１０１プロセッサ、１０２メモリ。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる温度測定装置は、熱電対を使用して温度測定を行う冷接点補償型の温度測定装置であって、多層プリント基板と、多層プリント基板における一面上に実装されて熱電対が接続されるとともに熱電対の基準接点となる端子台と、多層プリント基板における一面上に実装された、熱電対の基準接点の温度を検出するための測温素子と、多層プリント基板における一面上に実装されて熱電対の熱起電力を測定する第１測定回路と、多層プリント基板における一面上に実装されて測温素子の温度を測定する第２測定回路と、を備える。端子台と測温素子とは、多層プリント基板の面内において多層プリント基板における他の領域よりも均熱性の高い均熱領域に形成されている。第１測定回路と第２測定回路とは、他の領域に設けられている。端子台と第１測定回路とは、多層プリント基板に設けられた第１測定回路接続配線によって接続されている。測温素子と第２測定回路とは、多層プリント基板に設けられた第２測定回路接続配線によって接続されている。

第２測定回路１１は、多層プリント基板３の一面３ａ上における第２領域６に実装され、測温素子４とともに基準接点温度補償回路を構成する。第２測定回路１１を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。第２測定回路１１は、第１領域５から第２領域６にわたって多層プリント基板３の表層において設けられた第２測定回路接続配線１８によって、測温素子４に電気的に接続されている。第２測定回路接続配線１８は、第２測定回路接続配線１８ａと第２測定回路接続配線１８ｂとにより構成されている。第２測定回路接続配線１８ａの一端側は、測温素子４の一端に電気的に接続され、他端側は第２測定回路１１に電気的に接続されている。第２測定回路接続配線１８ｂの一端側は測温素子４の他端に電気的に接続され、他端側は第２測定回路１１に電気的に接続されている。

電源回路１４は、多層プリント基板３の一面３ａ上における第１領域５に実装され、図示しない外部電源または内部電源から供給される電力を、第１領域５に実装された測温素子４に供給する。電源回路１４を構成する電子部品には、動作時に発熱する発熱部品１９が含まれる。なお、電源回路１４は、測温素子４の温度測定用の電源を供給できればよい。このため、電源回路１４に含まれる発熱部品１９の発熱量は、電源回路１３に含まれる発熱部品１９の発熱量に比べて少ない。また、測温素子４への発熱部品１９の熱の影響を低減するために、電源回路１４は、第１領域５において測温素子４から極力離れた位置に配置されることが好ましい。

また、この際、多層プリント基板３の内層に敷設するベタパターンの層厚を厚くすることで、多層プリント基板３における第１領域５全体の熱伝導率を高めることも有効である。

Claims

熱電対を使用して温度測定を行う冷接点補償型の温度測定装置であって、
多層プリント基板と、
前記多層プリント基板における一面上に実装されて前記熱電対が接続されるとともに前記熱電対の基準接点となる端子台と、
前記多層プリント基板における一面上に実装された、前記熱電対の基準接点の温度を検出するための測温素子と、
を備え、
前記端子台と前記測温素子とは、前記多層プリント基板の面内において前記多層プリント基板における他の領域よりも均熱性の高い均熱領域に形成されていること、
を特徴とする温度測定装置。
前記均熱領域は、熱伝導率の平均値が前記多層プリント基板における他の領域よりも高いこと、
を特徴とする請求項１に記載の温度測定装置。
前記均熱領域は、前記多層プリント基板における配線密度が前記多層プリント基板における他の領域よりも高いこと、
を特徴とする請求項１または２に記載の温度測定装置。
前記多層プリント基板に実装された発熱部品を備え、
前記多層プリント基板の面内における前記測温素子と前記発熱部品との間に、前記多層プリント基板の面内において前記発熱部品に隣り合う領域よりも熱伝導率が低い断熱領域を備えること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の温度測定装置。
前記断熱領域は、前記多層プリント基板の面内における前記発熱部品に隣り合う領域よりも配線密度が低いこと、
を特徴とする請求項４に記載の温度測定装置。
前記断熱領域は、前記多層プリント基板を構成する樹脂基材で構成されていること、
を特徴とする請求項５に記載の温度測定装置。
前記多層プリント基板の面内において前記均熱領域と前記発熱部品とが前記断熱領域により分断されていること、
を特徴とする請求項４から６のいずれか１つに記載の温度測定装置。
前記発熱部品が、前記多層プリント基板における前記一面が向く方向と反対方向を向く他面上に実装されていること、
を特徴とする請求項４から７のいずれか１つに記載の温度測定装置。