WO2020044681A1 - 温度制御システム、温度制御方法、およびプログラム - Google Patents
温度制御システム、温度制御方法、およびプログラム Download PDFInfo
- Publication number
- WO2020044681A1 WO2020044681A1 PCT/JP2019/020618 JP2019020618W WO2020044681A1 WO 2020044681 A1 WO2020044681 A1 WO 2020044681A1 JP 2019020618 W JP2019020618 W JP 2019020618W WO 2020044681 A1 WO2020044681 A1 WO 2020044681A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- temperature
- heating element
- electric heating
- current
- temperature control
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
Definitions
- an object of the present invention is to provide a temperature control system as described above, which can prevent a temperature of an electric heating element constituting an electric resistance heater from exceeding a predetermined limit temperature.
- Another object of the present invention is to provide a temperature control method for such a temperature control system, which can prevent a temperature of an electric heater constituting an electric resistance heater from exceeding a predetermined limit temperature. Is to do.
- Another object of the present invention is to provide a program for causing a computer to execute such a temperature control method.
- the term “temperature-resistance characteristic” means a phenomenon (characteristic) in which, when the temperature of the electric heater changes, the resistance value of the electric heater changes accordingly.
- the “resistance value” here is not limited to the resistance value (unit: ⁇ ) itself, but is a ratio to a resistance value at a predetermined reference temperature (for example, normal temperature such as 23 ° C. or 25 ° C., or 0 ° C.). (Dimensionless). This ratio is typically calculated as (resistance value) / (reference temperature resistance value), but may be a reciprocal.
- the temperature-resistance characteristic of one type of nickel chrome wire which is a typical heating wire, is plotted from 0 ° C. (or ordinary temperature) when graphed. It increases as the temperature rises, shows a maximum around 500 ° C., gradually decreases as the temperature rises, shows a minimum around 800 ° C., and rises again when the temperature further rises.
- the temperature at which the temperature versus resistance characteristic of the particular nickel chrome wire or band exhibits a maximum or minimum is known and determined. Therefore, in the temperature control system of this embodiment, the electric heating element is made of a specific nickel chrome wire or band having the maximum and minimum temperature-resistance characteristics.
- the temperature control method of the present disclosure includes: A temperature control method using an electric resistance heater and a temperature sensor mounted on a heating object, and controlling a current supplied to the electric resistance heater based on a temperature of the heating object output by the temperature sensor, Create an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature, flow an energizing current according to the operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater, and set a temperature of the object to be heated. Control the During the temperature control of the heating object, obtain the current temperature of the electric heating element, When the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the operation amount is reduced so as to suppress the electric heating element to the temperature limit or lower.
- FIG. 2 is a diagram illustrating a hardware configuration of a temperature controller included in the temperature control system. It is a figure showing the flow of the temperature control processing (temperature control method) which the operation part of the above-mentioned temperature controller performs. It is a figure which shows the temperature versus (vs) resistance value characteristic of the heating wire (in this example, two types of nickel chrome wires (abbreviation NCHW2)) which comprises the electric resistance heater contained in the said temperature control system.
- vs temperature versus resistance value characteristic of the heating wire
- NCHW2 nickel chrome wires
- FIG. 1 schematically shows a configuration of a temperature control system 200 according to an embodiment of the present invention.
- the temperature control system 200 includes an electric resistance heater (hereinafter, simply referred to as a “heater”) 20 and a temperature sensor 30 housed or mounted in a housing (indicated by a dashed line) of the object 90 to be heated.
- a temperature controller 100 is provided for controlling on / off of a current supplied to the heater 20 based on an output of the sensor 30 (object temperature signal TO) and the like.
- the solid state relay 110 is on / off controlled by an on / off control signal Ctl from the temperature controller 100.
- the on / off control signal Ctl is a rectangular wave having a period of 1 second to 2 seconds.
- the duty of the on / off control signal Ctl (that is, the ratio of the on period in one cycle) is set in accordance with an operation amount described below (this is referred to as MV).
- the temperature controller 100 includes, as hardware, in this example, an operation unit 11, a display unit 12, an operation unit 13, a storage unit 14, a data input unit 15, and an output unit 17. , A communication unit 16.
- the operation unit 11 includes a CPU (Central Processing Unit) operated by software (computer program), and executes a process according to a temperature control method described later and other various processes.
- a CPU Central Processing Unit
- software computer program
- the display 12 is composed of an LED (light emitting diode) array, and displays numerical values and the like according to a control signal from the arithmetic unit 11.
- the display 12 is used to display the set target temperature Ttarget, the limit temperature Tlimit, and the current temperature TO of the heating target 90.
- the storage unit 14 includes an EEPROM (electrically rewritable nonvolatile memory) that can temporarily store data and a RAM (random access memory) that can temporarily store data. Contains.
- the storage unit 14 stores software (computer program) for controlling the operation unit 11. Further, in this example, as shown in FIG. 4, the storage unit 14 stores the temperature-resistance characteristics of the heating wire types (two types of nickel chrome wires (abbreviation NCHW2) in this example) constituting the heater 20. Is stored as a graph C1. As the temperature increases, the resistance values of the two nickel chrome wires (abbreviation NCHW2) monotonically increase. Further, the resistance value indicated by the heating wire 20x is stored in the storage unit 14 as the current resistance value Rs during the temperature control of the heating target 90. These storage contents will be described later in detail.
- the data input unit 15 shown in FIG. 2 includes an AD (analog to digital) converter.
- the data input unit 15 receives signals representing the current value I from the ammeter 71 and the voltage value V from the voltmeter 70, performs AD conversion, and inputs the result to the arithmetic unit 11.
- the output unit 17 outputs a signal (on / off control signal Ctl) for controlling on / off of the solid state relay 110 according to the control signal from the arithmetic unit 11.
- Solid state relay 110 conducts or cuts off wiring 121 connected to commercial power supply 120 according to on / off control signal Ctl.
- the communication unit 16 is controlled by the arithmetic unit 11 to transmit predetermined information to an external device, or receives information from the external device and passes it to the arithmetic unit 11.
- the communication unit 16 receives an instruction (command signal CM) from an external device.
- a first PID control unit 41 as a first feedback control unit and a second PID control unit as a second feedback control unit are programmed by the arithmetic unit 11.
- a section 42, a selection section 43, a resistance measurement section 44, a heating wire temperature calculation section 45 as a heating element temperature calculation section, and an output signal creation section 48 are configured.
- the first PID control unit 41, the second PID control unit 42, and the selection unit 43 constitute a temperature control unit 40.
- the ammeter 71, the voltmeter 70, the resistance measuring unit 44, and the heating wire temperature calculating unit 45 constitute an electric heating element temperature acquiring unit. The operation of each of these units will be described in the flow of the temperature control process of FIG. 3 described below.
- FIG. 3 shows a flow of a temperature control process (temperature control method) executed by the calculation unit 11 of the temperature controller 100.
- the heater 20 is assumed to be at a predetermined reference temperature, in this example, a normal temperature of 23 ° C.
- a start instruction via the operation unit 13 shown in FIG. 2 or a start instruction (command instruction CM) via the communication unit 16
- the arithmetic unit 11 performs the temperature control process. Start the flow.
- the calculation unit 11 reads a target temperature Ttarget for heating the heating target 90 set in advance by the operation unit 13.
- the target temperature Ttarget 100 ° C.
- the calculation unit 11 outputs the current temperature of the heating target 90 (this is referred to as the target temperature signal and the target temperature signal) based on the output (target temperature signal TO) of the temperature sensor 30 mounted on the heating target 90 shown in FIG. Is measured and acquired.
- the arithmetic unit 11 functions as a first PID control unit 41, and performs a first operation for feedback control such that the current temperature TO of the heating target 90 output from the temperature sensor 30 matches the target temperature Ttarget.
- the quantity MV1 (unit%) is created.
- the first PID control unit 41 performs PID control (Proportional, Integral and Differential) with a predetermined feedback control gain so that the current temperature TO of the heating target 90 output from the temperature sensor 30 matches the target temperature Ttarget. Control).
- the arithmetic unit 11 acquires the current temperature TH of the heating wire 20x during the temperature control of the heating target 90. Further, the calculation unit 11 functions as the second PID control unit 42, and performs the second control for feedback control so that the current temperature TH of the heating wire 20x calculated by the heating wire temperature calculation unit 45 matches the limit temperature Tlimit. Then, an operation amount MV2 (unit%) of No. 2 is created.
- the second PID control unit 42 performs control for performing PID control with a predetermined gain of feedback control such that the current temperature TH of the heating wire 20x calculated by the heating wire temperature calculation unit 45 matches the limit temperature Tlimit. Department. In this example, it is assumed that the gain of the feedback control of the second PID control unit 42 is at the same level as the gain of the feedback control of the first PID control unit 41.
- the calculation unit 11 functions as the temperature control unit 40, and supplies an electric current according to the manipulated variable MV to the heating wire 20x constituting the heater 20. More specifically, the calculation unit 11 functions as the output signal generation unit 48, and generates an on / off control signal Ctl for on / off control of the solid state relay 110 shown in FIG. 1 according to the operation amount MV. Arithmetic unit 11 outputs this on / off control signal Ctl to solid state relay 110 via output unit 17 shown in FIG. As a result, the solid state relay 110 is turned on and off according to the on / off control signal Ctl, and the heater 20 is energized by the commercial power supply 120.
- the calculation unit 11 selects a control unit that gives a smaller operation amount from the first PID control unit 41 and the second PID control unit 42 (step S5 in FIG. 3). ), An energizing current according to the manipulated variable MV is passed through the heating wire 20x constituting the heater 20 (step S6).
- the manipulated variable MV is reduced so that the heating wire 20x is suppressed to the limit temperature Tlimit or less.
- This control is a feedback control such that the current temperature TH of the heating wire 20x matches the limit temperature Tlimit. In this manner, when the current temperature TH of the heating wire 20x exceeds the limit temperature Tlimit, the manipulated variable MV is reduced so that the heating wire is suppressed to the limit temperature Tlimit or less.
- the temperature TH of the heating wire 20x constituting the heater 20 can be prevented from exceeding the limit temperature Tlimit.
- FIG. 5B is a time series change of the operation amount MV of the temperature controller 100, the temperature of the heating wire 20x constituting the heater 20, and the temperature TH of the heating target 90 from the start of the temperature control in the temperature control system of the comparative example. Is exemplified.
- the second PID control unit 42, the selection unit 43, the resistance measurement unit 44, and the heating wire temperature calculation unit 45 are omitted, and only the first PID control unit 41 is always included. This is a system for controlling the temperature TO of the object 90 to be heated.
- the operation amount MV during this period (that is, the first operation amount MV1) is 100%.
- the temperature TH of the heating wire 20x has reached 800 ° C. to 900 ° C. (that is, the temperature exceeds 700 ° C. at which deterioration is accelerated).
- the temperature TH of the heating wire 20x constituting the heater 20 exceeds the predetermined limit temperature Tlimit. Can be prevented.
- the temperature control system 200 there is no need to provide an additional temperature sensor for measuring the temperature TH of the heating wire 20x inside the case 20a constituting the heater 20. Therefore, as the heater 20, for example, a commercially available product in which the heating wire 20x is covered with a heat-resistant insulating material and housed in a steel pipe, such as a general rod heater, can be used.
- the temperature at which the temperature-resistance ratio characteristic of one type of nickel chrome wire shows the maximum Max is 500 ° C.
- the temperature at which the temperature shows the minimum Min is 800 ° C., which is known and fixed.
- the storage unit 14 stores the temperature vs. resistance characteristic of the heating wire type constituting the heater 20 as the graph C1, but is not limited to this.
- the storage unit 14 stores the temperature and the resistance value of the heating wire types constituting the heater 20 over a certain temperature range (for example, 0 ° C. to 1000 ° C.) at, for example, constant temperature intervals (for example, 50 ° C. intervals).
- the correspondence table may be stored as a correspondence table. In this case, for the temperature and the resistance value not listed in the correspondence table, the temperature and the resistance value are associated by a known linear interpolation method (proportional distribution). When the temperature vs. resistance value characteristic is stored as the correspondence table, the storage capacity of the storage unit 14 can be reduced.
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Control Of Temperature (AREA)
Abstract
この発明は、加熱対象物（９０）に搭載された電気抵抗ヒータ（２０）および温度センサ（３０）を備え、この温度センサ（３０）が出力する加熱対象物（９０）の温度（ＴＯ）に基づいてヒータ（２０）への通電電流を制御する温度制御システムに関する。温度制御部（４０）は、加熱対象物（９０）を予め定められた目標温度（Ｔtarget）に制御するための操作量（ＭＶ）を作成し、ヒータ（２０）を構成する電熱体（２０ｘ）に操作量（ＭＶ）に応じた通電電流を流して、加熱対象物（９０）の温度（ＴＯ）を制御する。加熱対象物（９０）の温度制御中に、電熱体温度取得部（４４，４５）は、電熱体（２０ｘ）の現在温度（ＴＨ）を取得する。電熱体（２０ｘ）の現在温度（ＴＨ）が予め定められた制限温度（Ｔlimit）を超えたとき、温度制御部（４０）は、電熱体（２０ｘ）を制限温度（Ｔlimit）以下に抑制するように操作量（ＭＶ）を減じる。
Description
この発明は温度制御システムおよび温度制御方法に関し、より詳しくは、加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサの出力に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムおよび温度制御方法に関する。また、この発明は、そのような温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。
従来、この種の温度制御システムとしては、例えば特許文献１（特開２００３－０５３４３７号公報）に開示されているように、加熱対象物（プレス加工用の金型）に、電気抵抗ヒータである棒状ヒータ（電熱線を耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品）と、この加熱対象物の温度を測定する温度センサとを搭載し、上記加熱対象物が目標温度になるように、上記温度センサの出力に基づいて上記棒状ヒータへの通電電流を制御するものが知られている。
特許文献１におけるのと同様の電気抵抗ヒータを含む温度制御システムについて本発明者が解析したところ、上記電気抵抗ヒータへの通電開始から上記加熱対象物が目標温度（例えば、２００℃）になるまでの間に、上記電気抵抗ヒータ内部の電熱線の温度が８００℃～１０００℃に達することが判明した。なお、市販品の電気抵抗ヒータ自体には、通常は温度センサが内蔵されていないが、本発明者は特別に温度センサを内蔵させて解析した。
ここで、例えば代表的な電熱線であるニッケルクロム線１種、ニッケルクロム線２種は、概ね７００℃を超えると劣化が加速されると言われている。その他の材料である例えば鉄クロム線１種、鉄クロム線２種の場合も、それぞれ或る温度を超えると劣化が加速される。この事情は、電熱線に限られず、電熱帯についても同様である。「電熱線」と「電熱帯」は、合わせて「電熱体」と称される。
そこで、この発明の課題は、上述のような温度制御システムであって、電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が予め定められた制限温度を超えるのを防止できるものを提供することにある。また、この発明の課題は、そのような温度制御システムのための温度制御方法であって、電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が予め定められた制限温度を超えるのを防止できるものを提供することにある。また、この発明の課題は、そのような温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することにある。
上記課題を解決するため、この開示の温度制御システムは、
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムであって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する温度制御部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する電熱体温度取得部とを備え、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする。
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムであって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する温度制御部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する電熱体温度取得部とを備え、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする。
本明細書を通して、電気抵抗ヒータへの通電は、電熱体への通電を意味する。電熱体への「通電」は、典型的には、上記電熱体をなす電熱線または電熱帯の長手方向に沿って行われる。また、上記加熱対象物の「目標温度」よりも、上記電熱体の「制限温度」が十分に高いものとする（さもなければ、上記加熱対象物を加熱するために、上記電熱体が使用され得ない。）。典型的には、上記加熱対象物の「目標温度」は１００℃～２００℃が想定され、また、上記電熱体の「制限温度」は７００℃が想定されるが、これに限られるものではない。
この開示の温度制御システムでは、温度制御部は、上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する。上記加熱対象物の温度制御中に、電熱体温度取得部は、上記電熱体の現在温度を取得する。上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じる。これにより、この温度制御システムによれば、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が上記制限温度を超えるのを防止できる。
一実施形態の温度制御システムでは、
上記温度制御部は、
上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように第１の操作量を作成する第１のフィードバック制御部と、
上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように第２の操作量を作成する第２のフィードバック制御部と、
上記第１の操作量と上記第２の操作量とを比較して、上記第１のフィードバック制御部と上記第２のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する選択部と
を含むことを特徴とする。
上記温度制御部は、
上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように第１の操作量を作成する第１のフィードバック制御部と、
上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように第２の操作量を作成する第２のフィードバック制御部と、
上記第１の操作量と上記第２の操作量とを比較して、上記第１のフィードバック制御部と上記第２のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する選択部と
を含むことを特徴とする。
この一実施形態の温度制御システムでは、上記温度制御部において、第１のフィードバック制御部は、上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように、フィードバック制御のための第１の操作量を作成する。第２のフィードバック制御部は、上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように、フィードバック制御のための第２の操作量を作成する。選択部は、上記第１の操作量と上記第２の操作量とを比較して、上記第１のフィードバック制御部と上記第２のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する。これにより、上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量が減じられる。
すなわち、上記電気抵抗ヒータ（正確には、電熱体を指す。以下同様。）への通電開始から上記加熱対象物が上記目標温度になるまでの間、上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度以下であれば、上記第１、第２のフィードバック制御部のフィードバック制御のゲインを適切に設定しておくことによって、上記第１の操作量（上記加熱対象物を目標温度まで昇温させようとする）が上記第２の操作量（上記電熱体を制限温度まで昇温させようとする）よりも小さくなり得る。この場合、上記選択部は、上記第１のフィードバック制御部と上記第２のフィードバック制御部のうち上記第１のフィードバック制御部を選択する。したがって、上記温度制御部は、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記第１の操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度をフィードバック制御する（本来の制御）。
一方、上記電気抵抗ヒータへの通電開始から上記加熱対象物が上記目標温度になるまでの間に、上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度を超えたとき、上記第１の操作量（上記加熱対象物をまだ昇温させようとする）よりも上記第２の操作量（上記電熱体を降温させようとする）が小さくなり得る。この場合、上記選択部は、上記第１のフィードバック制御部と上記第２のフィードバック制御部のうち上記第２のフィードバック制御部を選択する。したがって、上記温度制御部は、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記第２の操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御することができる。この制御は、上記電熱体の上記現在温度を上記制限温度に一致させるようなフィードバック制御となる。このようにして、上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量が減じられる。
一実施形態の温度制御システムでは、
上記電熱体温度取得部は、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する電熱体温度算出部と
を含むことを特徴とする。
上記電熱体温度取得部は、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する電熱体温度算出部と
を含むことを特徴とする。
本明細書で、「温度対抵抗特性」とは、上記電熱体の温度が変化したときに、それに伴って上記電熱体の抵抗値が変化する現象（特性）を意味する。ここでいう「抵抗値」は、抵抗値（単位Ω）そのものに限られず、予め定められた基準温度（例えば、２３℃、２５℃などの常温、または０℃など）での抵抗値に対する比（無次元）であってもよい。この比は、典型的には、（抵抗値）／（基準温度抵抗値）として算出されるが、逆数であってもよい。
この一実施形態の温度制御システムでは、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体温度取得部に含まれた抵抗測定部は、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する。上記加熱対象物の温度制御中に、電熱体温度算出部は、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する。これにより、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得できる。この場合、例えば、上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に、上記電熱体の温度を測定する追加の温度センサを設ける必要が無い。したがって、電気抵抗ヒータとして、例えば、一般的な棒状ヒータのような、電熱体を耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品を用いることができる。
一実施形態の温度制御システムでは、
上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、
上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する
ことを特徴とする温度制御システム。
上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、
上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する
ことを特徴とする温度制御システム。
本明細書で、「温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯」とは、例えば、日本工業規格（ＪＩＳＣ２５２０）に規定された、電熱用ニッケルクロム線１種（略号ＮＣＨＷ１）または電熱用ニッケルクロム帯１種（略号ＮＣＨＲＷ１）を指す。
例えば文献（ＵＳ ２０１７／０３５９８５７ Ａ１）に記載されているように、代表的な電熱線であるニッケルクロム線１種の温度対抵抗値特性は、グラフ化されたとき、０℃（または常温）から温度上昇するにつれて増加し、５００℃近傍で極大を示し、さらに温度上昇すると次第に減少して８００℃近傍で極小を示し、さらに温度上昇すると再び上昇する。上記特定のニッケルクロム線または帯の上記温度対抵抗特性が極大または極小を示す温度は既知で確定している。そこで、この一実施形態の温度制御システムでは、上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなる。上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する。これにより、上記電熱体の現在温度を精度良く算出できる。この結果、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が上記制限温度を超えるのを精度良く防止できる。
一実施形態の温度制御システムでは、
上記電熱体温度取得部は、
上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に設けられた追加の温度センサと、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する電熱体温度測定部と
を含むことを特徴とする。
上記電熱体温度取得部は、
上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に設けられた追加の温度センサと、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する電熱体温度測定部と
を含むことを特徴とする。
この一実施形態の温度制御システムでは、上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に追加の温度センサが設けられている。上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体温度取得部に含まれた電熱体温度測定部は、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する。これにより、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得できる。
別の局面では、この開示の温度制御方法は、
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを用い、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御方法であって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御し、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得し、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする。
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを用い、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御方法であって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御し、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得し、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする。
この開示の温度制御方法では、上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する。上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する。上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じる。これにより、この温度制御方法によれば、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が上記制限温度を超えるのを防止できる。
さらに別の局面では、この開示のプログラムは、上記温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記温度制御方法を実施することができる。
以上より明らかなように、この開示の温度制御システムおよび温度制御方法によれば、電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が予め定められた制限温度を超えるのを防止できる。また、この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記温度制御方法を実施することができる。
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、この発明の一実施形態の温度制御システム２００の構成を模式的に示している。この温度制御システム２００は、加熱対象物９０の筐体（１点鎖線で示す。）に収容または搭載された電気抵抗ヒータ（以下、単に「ヒータ」という。）２０および温度センサ３０と、この温度センサ３０の出力（対象物温度信号ＴＯ）などに基づいてヒータ２０への通電電流をオンオフ制御するための温度コントローラ１００とを備えている。
図１は、この発明の一実施形態の温度制御システム２００の構成を模式的に示している。この温度制御システム２００は、加熱対象物９０の筐体（１点鎖線で示す。）に収容または搭載された電気抵抗ヒータ（以下、単に「ヒータ」という。）２０および温度センサ３０と、この温度センサ３０の出力（対象物温度信号ＴＯ）などに基づいてヒータ２０への通電電流をオンオフ制御するための温度コントローラ１００とを備えている。
ヒータ２０は、この例では、このヒータの外壁をなす細長い円筒状の鋼管からなるケース２０ａと、ケース２０ａ内部に配置された、通電されて発熱する電熱体の一例としての電熱線２０ｘとを有している。電熱線２０ｘの線種は、この例では、日本工業規格（ＪＩＳＣ２５２０）に規定された電熱用ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）になっている。ヒータ２０は、一対の配線１２１，１２２によって、この例では単相２００ボルトの商用電源１２０に接続されている。一方の配線１２１には、スイッチング素子としてのソリッドステートリレー（ＳＳＲ）１１０が介挿されている。他方の配線１２２には、変流器（ＣＴ）からなる電流計７１が取り付けられている。また、ヒータ２０の両側の配線１２１，１２２にまたがって、計器用変圧器（ＶＴ）からなる電圧計７０が接続されている。
ソリッドステートリレー１１０は、温度コントローラ１００からのオンオフ制御信号Ｃｔｌによってオンオフ制御される。オンオフ制御信号Ｃｔｌは、この例では、１秒間ないし２秒間周期の矩形波になっている。オンオフ制御信号Ｃｔｌのデューティ（すなわち、１周期中のオン期間の割合）は、後述の操作量（これをＭＶとする。）に従って設定される。これにより、ソリッドステートリレー１１０のオン期間の間、商用電源１２０によってヒータ２０が通電（電熱線２０ｘの通電と同義。本明細書を通して同様。）される。
電流計７１は、ヒータ２０への通電電流の電流値Ｉを検出する。電圧計７０は、ヒータ２０への印加電圧の電圧値Ｖを検出する。電流計７１が検出する電流値Ｉと、電圧計７０が検出する電圧値Ｖは、温度コントローラ１００に入力される。
温度コントローラ１００は、図２に示すように、ハードウェアとして、この例では、演算部１１と、表示器１２と、操作部１３と、記憶部１４と、データ入力部１５と、出力部１７と、通信部１６とを備えている。
演算部１１は、ソフトウェア（コンピュータプログラム）によって動作するＣＰＵ（中央演算処理ユニット）を含み、後述の温度制御方法に従う処理や、その他の各種処理を実行する。
操作部１３は、この例では、キー入力スイッチおよび設定スイッチからなり、ユーザ（操作者）からの指示およびデータなどを入力または設定するために用いられる。この例では、操作部１３の設定スイッチには、加熱対象物９０を加熱すべき目標温度Ｔtarget＝１００℃、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘのための制限温度Ｔlimit＝５００℃が設定されているものとする。
表示器１２は、この例では、ＬＥＤ（発光ダイオード）アレイからなり、演算部１１からの制御信号に従って、数値等の表示を行う。この例では、表示器１２は、設定された目標温度Ｔtarget、制限温度Ｔlimit、加熱対象物９０の現在温度ＴＯを表示するために用いられる。
記憶部１４は、この例では、非一時的にデータを記憶し得るＥＥＰＲＯＭ（電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ）、および、一時的にデータを記憶し得るＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を含んでいる。この記憶部１４には、演算部１１を制御するためのソフトウェア（コンピュータプログラム）が格納されている。また、この例では、記憶部１４には、図４に示すように、ヒータ２０を構成している電熱線種（この例では、ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２））について、温度対抵抗特性としての温度ｖｓ抵抗値特性がグラフＣ１として記憶されている。温度が高くなるにつれて、ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）の抵抗値は単調増加している。さらに、記憶部１４には、加熱対象物９０の温度制御中に、電熱線２０ｘが示す抵抗値が現在の抵抗値Ｒｓとして記憶される。これらの記憶内容については、後に詳述する。
図２中に示すデータ入力部１５は、この例では、ＡＤ（アナログ・ツー・デジタル）変換器を含んでいる。データ入力部１５は、電流計７１からの電流値Ｉと、電圧計７０からの電圧値Ｖとを表す信号を受けて、ＡＤ変換を行って、演算部１１に入力する。
出力部１７は、演算部１１からの制御信号に従って、ソリッドステートリレー１１０をオンオフ制御する信号（オンオフ制御信号Ｃｔｌ）を出力する。ソリッドステートリレー１１０は、オンオフ制御信号Ｃｔｌに応じて、商用電源１２０につながる配線１２１を導通または遮断する。
通信部１６は、演算部１１によって制御されて所定の情報を外部の装置に送信したり、また、外部の装置からの情報を受信して演算部１１に受け渡したりする。この例では、通信部１６は、外部の装置からの指示（コマンド信号ＣＭ）を受信する。
図１中に示すように、この例では、プログラムされた演算部１１によって、第１のフィードバック制御部としての第１のＰＩＤ制御部４１と、第２のフィードバック制御部としての第２のＰＩＤ制御部４２と、選択部４３と、抵抗測定部４４と、電熱体温度算出部としての電熱線温度算出部４５と、出力信号作成部４８とが構成されている。第１のＰＩＤ制御部４１、第２のＰＩＤ制御部４２、および、選択部４３は、温度制御部４０を構成している。また、電流計７１、電圧計７０、抵抗測定部４４、および、電熱線温度算出部４５は、電熱体温度取得部を構成している。これらの各部の動作については、次に述べる図３の温度制御処理のフローの中で説明する。
図３は、温度コントローラ１００の演算部１１が実行する温度制御処理（温度制御方法）のフローを示している。なお、この処理フローの開始直前には、ヒータ２０は、予め定められた基準温度、この例では常温２３℃にあるものとする。ユーザ（操作者）による、図２中に示した操作部１３を介した開始指示、または、通信部１６を介した開始指示（コマンド指示ＣＭ）を受けると、演算部１１は、この温度制御処理のフローを開始する。
まず、図３のステップＳ１に示すように、演算部１１は、操作部１３によって予め設定されている、加熱対象物９０を加熱すべき目標温度Ｔtargetを読み込む。この例では、目標温度Ｔtarget＝１００℃であるものとする。また、演算部１１は、図１中に示した加熱対象物９０に搭載された温度センサ３０の出力（対象物温度信号ＴＯ）によって、加熱対象物９０の現在温度（これを対象物温度信号と同じ符号ＴＯで表す。）を測定して取得する。さらに、演算部１１は第１のＰＩＤ制御部４１として働いて、温度センサ３０が出力する加熱対象物９０の現在温度ＴＯが目標温度Ｔtargetに一致するように、フィードバック制御のための第１の操作量ＭＶ１（単位％）を作成する。第１のＰＩＤ制御部４１は、温度センサ３０が出力する加熱対象物９０の現在温度ＴＯが目標温度Ｔtargetに一致するように、予め定められたフィードバック制御のゲインによってＰＩＤ制御（Proportional, Integral and Differential Control）を行う制御部である。
次に、図３のステップＳ２に示すように、演算部１１は、図１中に示した電流計７１によって測定された電流値Ｉ、電圧計７０によって測定された電圧値Ｖを、それぞれ図２中に示したデータ入力部１５を介して入力する。さらに、演算部１１は抵抗測定部４４として働いて、電熱線２０ｘが示す抵抗値を現在の抵抗値Ｒｓ＝Ｖ／Ｉとして算出して求める。
次に、図３のステップＳ３に示すように、演算部１１は、操作部１３によって予め設定されている、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘのための制限温度Ｔlimitを読み込む。この例では、制限温度Ｔlimit＝５００℃であるものとする。また、演算部１１は電熱線温度算出部４５として働いて、電熱線２０ｘの既知の温度ｖｓ抵抗値特性（図４参照）に基づいて現在の抵抗値Ｒｓに応じた電熱線２０ｘの現在温度ＴＨを算出する。例えば、現在の抵抗値Ｒｓ＝１０．７Ωであれば、例えば図４中に補助線Ｑで示すように、それに対応する電熱線２０ｘの現在温度はＴＨ＝４３６℃であるとして算出する。このようにして、演算部１１は、加熱対象物９０の温度制御中に、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨを取得する。さらに、演算部１１は第２のＰＩＤ制御部４２として働いて、電熱線温度算出部４５によって算出された電熱線２０ｘの現在温度ＴＨが制限温度Ｔlimitに一致するように、フィードバック制御のための第２の操作量ＭＶ２（単位％）を作成する。第２のＰＩＤ制御部４２は、電熱線温度算出部４５によって算出された電熱線２０ｘの現在温度ＴＨが制限温度Ｔlimitに一致するように、予め定められたフィードバック制御のゲインによってＰＩＤ制御を行う制御部である。この例では、第２のＰＩＤ制御部４２のフィードバック制御のゲインは、第１のＰＩＤ制御部４１のフィードバック制御のゲインと同レベルであるものとする。
次に、図３のステップＳ４に示すように、演算部１１は選択部４３として働いて、第１の操作量ＭＶ１と第２の操作量ＭＶ２とを比較して、第１のＰＩＤ制御部４１と第２のＰＩＤ制御部４２のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する。
次に、図３のステップＳ５に示すように、演算部１１は温度制御部４０として働いて、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘに操作量ＭＶに応じた通電電流を流す。詳しくは、演算部１１は出力信号作成部４８として働いて、操作量ＭＶに応じて、図１中に示したソリッドステートリレー１１０をオンオフ制御するためのオンオフ制御信号Ｃｔｌを作成する。演算部１１は、このオンオフ制御信号Ｃｔｌを、図２中に示した出力部１７を介してソリッドステートリレー１１０へ出力する。これにより、ソリッドステートリレー１１０がオンオフ制御信号Ｃｔｌに従ってオンオフして、商用電源１２０によってヒータ２０が通電される。
この後、図３のステップＳ６に示すように、ユーザによる停止指示を受けない限り（ステップＳ６でＮＯ）、演算部１１はステップＳ１～Ｓ５の処理を繰り返す。ユーザによる、操作部１３を介した停止指示、または、通信部１６を介した停止指示（コマンド指示ＣＭ）を受けると（ステップＳ６でＹＥＳ）、演算部１１はこの温度制御処理を終了する。
このように、この温度コントローラ１００では、演算部１１が、第１のＰＩＤ制御部４１と第２のＰＩＤ制御部４２のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択し（図３のステップＳ５）、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘに操作量ＭＶに応じた通電電流を流す（ステップＳ６）。これにより、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨが予め定められた制限温度Ｔlimitを超えたとき、電熱線２０ｘを制限温度Ｔlimit以下に抑制するように操作量ＭＶが減じられる。
すなわち、ヒータ２０への通電開始から加熱対象物９０が目標温度Ｔtargetになるまでの間、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨが制限温度Ｔlimit以下であれば、第１、第２のＰＩＤ制御部４２のフィードバック制御のゲインを適切に設定しておくことによって、第１の操作量ＭＶ１（加熱対象物９０を目標温度Ｔtargetまで昇温させようとする）が第２の操作量ＭＶ２（電熱線２０ｘを制限温度Ｔlimitまで昇温させようとする）よりも小さくなり得る。この場合、選択部４３は、第１のＰＩＤ制御部４１と第２のＰＩＤ制御部４２のうち第１のＰＩＤ制御部４１を選択する。したがって、温度制御部４０は、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘに第１の操作量ＭＶ１に応じた通電電流を流して、加熱対象物９０の温度ＴＯを制御する（本来の制御）。
一方、ヒータ２０への通電開始から加熱対象物９０が目標温度Ｔtargetになるまでの間に、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨが制限温度Ｔlimitを超えたとき、第１の操作量ＭＶ１（加熱対象物９０をまだ昇温させようとする）よりも第２の操作量ＭＶ２（電熱線２０ｘを降温させようとする）が小さくなり得る。この場合、選択部４３は、第１のＰＩＤ制御部４１と第２のＰＩＤ制御部４２のうち第２のＰＩＤ制御部４２を選択する。したがって、温度制御部４０は、ヒータ２０を構成する電熱線に第２の操作量ＭＶ２に応じた通電電流を流して、加熱対象物９０の温度ＴＯを制御することができる。この制御は、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨを制限温度Ｔlimitに一致させるようなフィードバック制御となる。このようにして、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨが制限温度Ｔlimitを超えたとき、電熱線を制限温度Ｔlimit以下に抑制するように操作量ＭＶが減じられる。
これにより、この温度制御システム２００によれば、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度ＴＨが制限温度Ｔlimitを超えるのを防止できる。
（検証結果）
図５Ａは、温度制御システム２００における温度制御開始からの温度コントローラ１００の操作量ＭＶ、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度ＴＨ、加熱対象物９０の温度ＴＯのそれぞれの時系列変化を例示している。
図５Ａは、温度制御システム２００における温度制御開始からの温度コントローラ１００の操作量ＭＶ、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度ＴＨ、加熱対象物９０の温度ＴＯのそれぞれの時系列変化を例示している。
ｉ） この図５Ａでは、温度制御開始から１０秒までの期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯは５０℃程度以下であり、未だ目標温度Ｔtarget＝１００℃に達していない。また、電熱線２０ｘの温度ＴＨも、未だ制限温度Ｔlimit＝５００℃に達していない。これに応じて、この期間（温度制御開始から１０秒までの期間）は、第１のＰＩＤ制御部４１が選択されている。この例では、この期間の操作量ＭＶ（つまり、第１の操作量ＭＶ１）＝１００％となっている。
ii） 続いて、温度制御開始から１０秒～２５秒の期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯは未だ目標温度Ｔtarget＝１００℃に達していない。一方、電熱線２０ｘの温度ＴＨは制限温度Ｔlimit＝５００℃を超えている（達している）。これに応じて、この期間（温度制御開始から１０秒～２５秒の期間）は、第２のＰＩＤ制御部４２が選択されている。この例では、この期間の操作量ＭＶ（つまり、第２の操作量ＭＶ２）＝０％となっている。これにより、電熱線２０ｘの温度ＴＨが制限温度Ｔlimit＝５００℃程度に抑えられている。
iii） 続いて、温度制御開始から２５秒間経過した以降は、電熱線２０ｘの温度ＴＨは、制限温度Ｔlimit＝５００℃未満になっている。これに応じて、第１のＰＩＤ制御部４１が選択されている。ここで、温度制御開始から２５秒～１７０秒の期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯが目標温度Ｔtarget＝１００℃を超えてオーバーシュートしていることから、この例では操作量ＭＶ（つまり、第１の操作量ＭＶ１）＝０％となっている。温度制御開始から１７０秒～１８５秒の期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯが目標温度Ｔtarget＝１００℃を下回った程度に応じて、操作量ＭＶは次第に増加し、極大を示して次第に減少する態様で、可変して設定されている。
iv） この例では、温度制御開始から１８５秒経過した以降は、第１のＰＩＤ制御部４１（つまり、第１の操作量ＭＶ１）による制御が維持されている。
一方、図５Ｂは、比較例の温度制御システムにおける温度制御開始からの温度コントローラ１００の操作量ＭＶ、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度、加熱対象物９０の温度ＴＨのそれぞれの時系列変化を例示している。この比較例の温度制御システムは、図１において、第２のＰＩＤ制御部４２、選択部４３、抵抗測定部４４、電熱線温度算出部４５が省略され、常に、第１のＰＩＤ制御部４１のみによって加熱対象物９０の温度ＴＯを制御するシステムである。
ｉ） この図５Ｂでは、温度制御開始から２０秒までの期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯは未だ目標温度Ｔtarget＝１００℃に達していない。この例では、この期間の操作量ＭＶ（つまり、第１の操作量ＭＶ１）＝１００％となっている。この結果、電熱線２０ｘの温度ＴＨが８００℃～９００℃に達している（つまり、劣化が加速される温度７００℃を超えている。）。
ii） 温度制御開始から２５秒～２２５秒の期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯが目標温度Ｔtarget＝１００℃を超えてオーバーシュートしていることから、この例では操作量ＭＶ（つまり、第１の操作量ＭＶ１）＝０％となっている。温度制御開始から２２５秒～２５０秒の期間は、加熱対象物９０の温度ＴＯが目標温度Ｔtarget＝１００℃を下回った程度に応じて、操作量ＭＶは次第に増加し、極大を示して次第に減少する態様で、可変して設定されている。
iii） この例では、温度制御開始から２５０秒経過した以降は、第１のＰＩＤ制御部４１（つまり、第１の操作量ＭＶ１）による制御が維持されている。
上の図５Ａと図５Ｂとを比較すれば分かるように、実施例（温度制御システム２００）によれば、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度ＴＨが予め定められた制限温度Ｔlimitを超えるのを防止できる、と言える。
しかも、この温度制御システム２００では、ヒータ２０を構成するケース２０ａの内部に、電熱線２０ｘの温度ＴＨを測定する追加の温度センサを設ける必要が無い。したがって、ヒータ２０として、例えば、一般的な棒状ヒータのような、電熱線２０ｘを耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品を用いることができる。
（変形例）
上の例では、図４に示したように、ヒータ２０を構成している電熱線種は、ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）であるものとした。しかしながら、これに限られるものではない。ヒータ２０を構成している電熱線種は、「温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯」の一例としてのニッケルクロム線１種（略号ＮＣＨＷ１）であってもよい。
上の例では、図４に示したように、ヒータ２０を構成している電熱線種は、ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）であるものとした。しかしながら、これに限られるものではない。ヒータ２０を構成している電熱線種は、「温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯」の一例としてのニッケルクロム線１種（略号ＮＣＨＷ１）であってもよい。
この例では、記憶部１４には、図６に示すように、ヒータ２０を構成している電熱線種であるニッケルクロム線１種（略号ＮＣＨＷ１）について、温度対抵抗特性としての温度ｖｓ抵抗比特性がグラフＣ２として記憶されている。この抵抗比は、（抵抗値）／（基準温度抵抗値）に相当する（基準温度は、この例では、常温２３℃である。）。ニッケルクロム線１種の温度対抵抗比特性は、グラフ化されたとき、０℃（または常温）から温度上昇するにつれて増加し、５００℃近傍で極大Ｍａｘを示し、さらに温度上昇すると次第に減少して８００℃近傍で極小Ｍｉｎを示し、さらに温度上昇すると再び上昇する。ニッケルクロム線１種の温度対抵抗比特性が極大Ｍａｘを示す温度は５００℃、極小Ｍｉｎを示す温度は８００℃というように、既知で確定している。
この例では、温度制御処理の開始直後で、電熱線２０ｘが未だ略基準温度（この例では、常温２３℃）にあるとき、図３のステップＳ２で、演算部１１は抵抗測定部４４として働いて、電熱線２０ｘが示す現在の抵抗値Ｒｓを基準温度の抵抗値（これをＲ１とする。）として求め、記憶部１４に保存する。さらに、図３のステップＳ３で、演算部１１は電熱線温度算出部４５として働いて、記憶部１４に記憶されている電熱線２０ｘの既知の温度ｖｓ抵抗比特性（図６参照）に基準温度の抵抗値Ｒ１を乗算して、刻々、現在の抵抗値Ｒｓを求め、現在の抵抗値Ｒｓに応じた電熱線２０ｘの現在温度ＴＨを算出する。
ここで、この例では、演算部１１は電熱線温度算出部４５として働いて、加熱対象物９０の温度制御中に、電熱線２０ｘの現在の抵抗値Ｒｓが極大Ｍａｘまたは極小Ｍｉｎを示したとき、現在の抵抗値Ｒｓの極大Ｍａｘまたは極小Ｍｉｎに応じた電熱線２０ｘの現在温度ＴＨを算出する。具体的には、電熱線２０ｘの現在の抵抗値Ｒｓが極大Ｍａｘを示したとき、例えば図６中に補助線Ｑ１で示すように、それに対応する電熱線２０ｘの現在温度はＴＨ＝５００℃であるとして算出する。または、電熱線２０ｘの現在の抵抗値Ｒｓが極小Ｍｉｎを示したとき、例えば図６中に補助線Ｑ２で示すように、それに対応する電熱線２０ｘの現在温度はＴＨ＝８００℃であるとして算出する。これにより、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨを精度良く算出できる。この結果、電気抵抗ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度が制限温度Ｔlimitを超えるのを精度良く防止できる。
（第２実施形態）
図７は、この発明の別の実施形態の温度制御システム２００′の構成を模式的に示している。この温度制御システム２００′は、図１の温度制御システム２００における電流計７１、電圧計７０、抵抗測定部４４、電熱線温度算出部４５に代えて、電熱体温度取得部を構成する要素として、追加の温度センサ２１と、電熱体温度測定部としての電熱線温度測定部４６とを備えた点が異なっている。それ以外の点は、図１の温度制御システム２００と同様に構成されている。
図７は、この発明の別の実施形態の温度制御システム２００′の構成を模式的に示している。この温度制御システム２００′は、図１の温度制御システム２００における電流計７１、電圧計７０、抵抗測定部４４、電熱線温度算出部４５に代えて、電熱体温度取得部を構成する要素として、追加の温度センサ２１と、電熱体温度測定部としての電熱線温度測定部４６とを備えた点が異なっている。それ以外の点は、図１の温度制御システム２００と同様に構成されている。
追加の温度センサ２１は、この例では市販の白金抵抗温度計のセンサヘッドからなり、ヒータ２０を構成するケース２０ａの内部に設けられている。電熱線温度測定部４６は、温度コントローラ（符号１００′で示す。）に設けられた図示しないホイートストン・ブリッジ回路を含んでいる。温度コントローラ１００′の演算部１１は電熱線温度測定部４６として働いて、加熱対象物９０の温度制御中に、公知の手法によって、追加の温度センサ２１の出力に基づいて電熱線２０ｘの現在温度（符号ＴＨ′で示す。）を測定する。なお、ヒータ２０のケース２０ａ内部での温度分布は、無視するものとする。
この温度制御システム２００′によっても、図１の温度制御システム２００におけるのと同様に、電熱線２０ｘの現在温度ＴＨ′が予め定められた制限温度Ｔlimitを超えたとき、電熱線２０ｘを制限温度Ｔlimit以下に抑制するように操作量ＭＶが減じられる。これにより、この温度制御システム２００′によれば、ヒータ２０を構成する電熱線２０ｘの温度ＴＨ′が制限温度Ｔlimitを超えるのを防止できる。
上述の実施形態では、第１のフィードバック制御部、第２のフィードバック制御部は、それぞれＰＩＤ制御（Proportional, Integral and Differential Control）を行う第１のＰＩＤ制御部４１、第２のＰＩＤ制御部４２であるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第１のフィードバック制御部、第２のフィードバック制御部として、それぞれ単にＰ制御（比例制御）を行う第１のＰ制御部、第２のＰ制御部を設けてもよい。
また、上の例では、記憶部１４に、ヒータ２０を構成している電熱線種について温度ｖｓ抵抗値特性をグラフＣ１として記憶したが、これに限られるものではない。記憶部１４に、ヒータ２０を構成している電熱線種について或る温度範囲（例えば０℃～１０００℃）にわたって、例えば一定の温度間隔（例えば、５０℃間隔）で、温度と抵抗値とを対応づけた対応表として記憶させておいても良い。この場合、対応表に挙げられていない温度と抵抗値とについては、公知の直線補間法（比例配分）により、温度と抵抗値とを対応付ける。このように温度ｖｓ抵抗値特性を対応表として記憶する場合、記憶部１４の記憶容量を低減できる。
また、上の例では、ヒータ２０を構成する電熱体としての電熱線種は、ニッケルクロム線２種（略号ＮＣＨＷ２）またはニッケルクロム線１種（略号ＮＣＨＷ１）としたが、これに限られるものではなく、他の線種であってもよい。例えば、鉄クロム線１種（略号ＦＣＨＷ１）、鉄クロム線２種（略号ＦＣＨＷ２）などであってもよい。ヒータ２０を構成する電熱体は、電熱線および／または電熱帯であってもよい。
また、上述の温度制御方法を、ソフトウェア（コンピュータプログラム）として、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル万能ディスク）、フラッシュメモリなどの非一時的（non-transitory）にデータを記憶可能な記録媒体に記録してもよい。このような記録媒体に記録されたソフトウェアを、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（パーソナル・デジタル・アシスタンツ）、スマートフォン、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）などの実質的なコンピュータ装置にインストールすることによって、それらのコンピュータ装置に、上述の温度制御方法を実行させることができる。
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。
１１ 演算部
１４ 記憶部
２０ ヒータ
２０ｘ 電熱線
２１ 追加の温度センサ
７０ 電圧計
７１ 電流計
１００，１００′ 温度コントローラ
２００，２００′ 温度制御システム
１４ 記憶部
２０ ヒータ
２０ｘ 電熱線
２１ 追加の温度センサ
７０ 電圧計
７１ 電流計
１００，１００′ 温度コントローラ
２００，２００′ 温度制御システム
Claims (7)
- 加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムであって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する温度制御部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する電熱体温度取得部とを備え、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする温度制御システム。 - 請求項１に記載の温度制御システムにおいて、
上記温度制御部は、
上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように第１の操作量を作成する第１のフィードバック制御部と、
上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように第２の操作量を作成する第２のフィードバック制御部と、
上記第１の操作量と上記第２の操作量とを比較して、上記第１のフィードバック制御部と上記第２のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する選択部と
を含むことを特徴とする温度制御システム。 - 請求項１または２に記載の温度制御システムにおいて、
上記電熱体温度取得部は、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する電熱体温度算出部と
を含むことを特徴とする温度制御システム。 - 請求項３に記載の温度制御システムにおいて、
上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、
上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する
ことを特徴とする温度制御システム。 - 請求項１または２に記載の温度制御システムにおいて、
上記電熱体温度取得部は、
上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に設けられた追加の温度センサと、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する電熱体温度測定部と
を含むことを特徴とする温度制御システム。 - 加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを用い、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御方法であって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御し、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得し、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする温度制御方法。 - 請求項６に記載の温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018158523A JP2020035008A (ja) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | 温度制御システム、温度制御方法、およびプログラム |
| JP2018-158523 | 2018-08-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2020044681A1 true WO2020044681A1 (ja) | 2020-03-05 |
Family
ID=69642900
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2019/020618 WO2020044681A1 (ja) | 2018-08-27 | 2019-05-24 | 温度制御システム、温度制御方法、およびプログラム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2020035008A (ja) |
| WO (1) | WO2020044681A1 (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0511862A (ja) * | 1991-07-01 | 1993-01-22 | Canon Inc | 温度検出装置 |
| JPH05216543A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Tokyo Electron Ltd | 加熱装置 |
| JP2001249726A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Omron Corp | 制御システムおよび温度調節器 |
| JP2004232907A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | グロープラグ通電制御装置及びグロープラグ通電制御方法 |
| JP2013084478A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Denso Corp | 発熱装置 |
| JP2015170042A (ja) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | 温度制御装置、処理装置、および温度制御方法 |
-
2018
- 2018-08-27 JP JP2018158523A patent/JP2020035008A/ja active Pending
-
2019
- 2019-05-24 WO PCT/JP2019/020618 patent/WO2020044681A1/ja active Application Filing
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0511862A (ja) * | 1991-07-01 | 1993-01-22 | Canon Inc | 温度検出装置 |
| JPH05216543A (ja) * | 1992-02-05 | 1993-08-27 | Tokyo Electron Ltd | 加熱装置 |
| JP2001249726A (ja) * | 2000-03-06 | 2001-09-14 | Omron Corp | 制御システムおよび温度調節器 |
| JP2004232907A (ja) * | 2003-01-29 | 2004-08-19 | Ngk Spark Plug Co Ltd | グロープラグ通電制御装置及びグロープラグ通電制御方法 |
| JP2013084478A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Denso Corp | 発熱装置 |
| JP2015170042A (ja) * | 2014-03-05 | 2015-09-28 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | 温度制御装置、処理装置、および温度制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2020035008A (ja) | 2020-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5179887B2 (ja) | グロープラグ制御装置及び制御方法 | |
| WO2016084369A1 (ja) | 温度制御方法、及び、温度制御装置 | |
| US20140121853A1 (en) | Feedback control method, feedback control apparatus, and feedback control program | |
| EP2774011B1 (en) | Method for controlling a heat-generating element | |
| US11054251B2 (en) | Systems and methods to determine workpiece characteristics | |
| WO2020044681A1 (ja) | 温度制御システム、温度制御方法、およびプログラム | |
| RU2007142558A (ru) | Способ и система для сварки частей | |
| JP6996452B2 (ja) | 電熱体温度推定システム、電熱体温度推定方法、及びプログラム | |
| JP6988744B2 (ja) | 温度制御システム、温度制御方法、およびプログラム | |
| JP7127591B2 (ja) | 温度制御装置、温度制御方法、及びプログラム | |
| WO2020044679A1 (ja) | 温度警報システム、温度警報方法、及びプログラム | |
| JP7109728B2 (ja) | 電力制御装置及び電力制御方法 | |
| JP6874719B2 (ja) | 加熱装置及び加熱装置の異常検知方法 | |
| US11921526B2 (en) | Method and system for controlling an electric heater using control on energy | |
| JP7070246B2 (ja) | 電熱体種判別装置、電熱体種判別方法、およびプログラム | |
| JP2009125190A (ja) | 便座装置 | |
| JP6462995B2 (ja) | 出力制御または電圧制御するための方法および装置 | |
| JP7111543B2 (ja) | 加熱装置及び加熱方法 | |
| JP7268559B2 (ja) | 給電制御装置 | |
| JP2004022256A (ja) | 電磁誘導加熱装置 | |
| NL2015798B1 (en) | Induction-heating tool. | |
| JP2008265486A (ja) | シートヒータ | |
| JP2008275284A (ja) | 誘導加熱装置 | |
| JP2015114158A (ja) | 測定装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19856153 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19856153 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |