WO2020255222A1

WO2020255222A1 - 温度入力ユニット、温度測定装置、及びプログラム

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Publication number: WO2020255222A1
Application number: PCT/JP2019/023970
Authority: WO
Inventors: 恒平山下
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-06-17
Filing date: 2019-06-17
Publication date: 2020-12-24
Also published as: CN113950617A; TW202100962A; JPWO2020255222A1; JP6707214B1; US11307101B2; US20220042855A1; CN113950617B

Abstract

温度入力ユニット（１００）は、熱電対（１）及び測温抵抗体の少なくとも一方により測定対象物の温度を測定する機能を備え、熱電対（１）と熱電対に接続される補償導線（２）とに断線の検出のための断線検出電流を流す断線検出回路（１６）を備える。制御部（２０）は、熱電対（１）により測定対象物の温度を測定する前に、端子切替部（１３）と入力回路切替部（１４）とを制御することにより補償導線（２）を測温抵抗体入力回路（１８）とＡ／Ｄ変換部（１９）とに接続し、断線検出電流を流したときに補償導線（２）の抵抗により生じる電圧降下の予測値を求める。制御部（２０）は、端子切替部（１３）と入力回路切替部（１４）とを制御することにより補償導線（２）を熱電対入力回路（１５）とＡ／Ｄ変換部（１９）とに接続し、熱電対入力回路（１５）が検出した熱起電力の測定値から予測値を減じて、補正した熱起電力の測定値を求める。

Description

温度入力ユニット、温度測定装置、及びプログラム

　本発明は、温度入力ユニット、温度測定装置、及びプログラムに関する。

　熱電対を使用した温度センサは、熱電対に発生する熱起電力が温度変化に伴って変化する特性を利用した温度センサである。熱電対を使用した温度センサは、熱電対及び補償導線に直流電流を流し、熱電対及び補償導線の両端の電位差を熱起電力として測定し、測定した電圧値から温度を検出する。補償導線は、熱電対と計測器とを接続する導線である。

　熱電対を使用した温度センサは、熱電対及び補償導線の断線を検出するため、微弱な直流電流を熱電対及び補償導線に流し、その電流の変化に基づいて熱電対及び補償導線の断線を検出する断線検出手段を備えることがある。断線検出手段を設けた場合、熱起電力の測定値に誤差が生じることが知られている。微弱な直流電流を熱電対及び補償導線に流すと、補償導線の抵抗により発生する電圧降下に起因した誤差が熱起電力の測定値に含まれるからである。

　このため、従来は、ユーザが測定対象の温度を上昇させ熱電対で測定対象の温度を測定した後、補償導線の抵抗値を測定し、抵抗値から求めた電圧値の誤差の分だけ熱起電力の測定値を補正していた。そして、熱起電力の補正が完了した後に、再度測定対象の温度を測定していた。

　また、特許文献１には、熱電対及び補償導線に、直流電流ではなく、交流電流を流し、交流成分の変化に基づいて断線を検出することが記載されている。特許文献１に記載の構成では、熱起電力を直流成分の変化に基づいて測定し、断線を交流成分の変化に基づいて検出する。このため、熱起電力の測定値に誤差が生じない。

特開２００５－８３９８９号公報

　従来のように、補償導線の抵抗値を予め測定し、抵抗値から求めた電圧値の誤差の分だけ熱起電力の測定値を補正する方法では、ユーザは、測定対象の温度の測定に先立って、測定対象の温度を上昇させ熱電対で測定対象の温度を測定した後、補償導線の抵抗を測定する必要がある。このため、ユーザは煩雑な事前作業を行う必要があった。

　特許文献１に記載された構成では、熱電対を使用した温度センサでは一般的に使用しない交流信号発生手段を断線検出のために別途追加する必要があり、回路構成が複雑となる。さらに、費用もかさむ。

　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ユーザによる煩雑な事前作業を要することなく、さらに、簡易な構成で、補償導線の抵抗に起因した温度の測定誤差を補正することを目的とする。

　上記目的を達成するため、本発明に係る温度入力ユニットは、熱電対及び測温抵抗体の少なくとも一方により測定対象物の温度を測定する機能を備え、熱電対により温度を測定する場合に熱電対と熱電対に接続される補償導線とに断線の検出のための断線検出電流を流す断線検出手段を備える。温度入力ユニットが備える熱電対検出回路は、熱電対により温度を測定する場合に、温度入力ユニットに接続された熱電対及び補償導線の熱起電力を検出する。測温抵抗体検出回路は、測温抵抗体により温度を測定する場合に、温度入力ユニットに接続された測温抵抗体に定電流を流し、測温抵抗体の抵抗を検出する。接続切替部は、補償導線を、熱電対検出回路または測温抵抗体検出回路に接続する。測定部は、熱電対により温度を測定する場合に、熱電対検出回路が検出した熱起電力から測定対象物の温度を求め、測温抵抗体により温度を測定する場合に、測温抵抗体検出回路が検出した測温抵抗体の抵抗から測定対象物の温度を求める。測定部は、熱電対により測定対象物の温度を測定する前に、接続切替部を制御することにより補償導線を測温抵抗体検出回路に接続し、断線検出電流を流したときに補償導線の抵抗により生じる電圧降下の予測値を求める。測定部は、接続切替部を制御することにより補償導線を熱電対検出回路に接続し、熱電対検出回路が検出した熱起電力の測定値から予測値を減じて、補正した熱起電力の測定値を求める。

　本発明に係る温度入力ユニットは、熱電対により測定対象物の温度を測定する前に、接続切替部を制御することにより補償導線を測温抵抗体検出回路に接続し、断線検出電流を流したときに補償導線の抵抗により生じる電圧降下の予測値を求め、接続切替部を制御することにより補償導線を熱電対検出回路に接続し、熱電対検出回路が検出した熱起電力の測定値から予測値を減じて、補正した熱起電力の測定値を求める。温度入力ユニットは、このような構成を備えているため、測定対象物の温度測定を行う前に、補償導線の抵抗値を測定するために測定対象物の温度を上昇させ、熱電対で温度を測定する必要がない。したがって、ユーザによる煩雑な事前作業を要することなく、補償導線の抵抗により発生する電圧降下に起因した測定誤差を補正することができる。また、温度入力ユニットは、温度測定のために備える測温抵抗体入力回路を利用して補正値を求めるため、大きな構成変更を必要としない。したがって、簡易な構成で、補償導線の抵抗により発生する電圧降下に起因した測定誤差を補正することができる。

本発明の実施の形態に係る温度入力ユニットの構成を示す図実施の形態に係る補償導線が熱電対入力回路に接続されたときの熱電対入力回路の等価回路を示す図実施の形態に係る補償導線が測温抵抗体入力回路に接続されたときの測温抵抗体入力回路の等価回路を示す図実施の形態に係る温度入力ユニットが実行する事前処理のフローチャート実施の形態に係る温度入力ユニットが実行する測定処理のフローチャート

（実施の形態）
　図１に示す温度入力ユニット１００は、生産システム、制御システム等において稼動するプログラマブルロジックコントローラに含まれる機能ユニットである。温度入力ユニット１００は、熱電対を使用して測定対象物の温度を測定する機能と、測温抵抗体を使用して測定対象物の温度を測定する機能とを備えている。温度入力ユニット１００は、測定した温度を、プログラマブルロジックコントローラ全体を制御するＣＰＵユニットに出力する。熱電対は、二種類の異なる金属導体をつないで作られた回路を含み、回路の一方の接合部と他方の接合部との温度差により熱起電力が発生するという特性を利用して温度を測定するセンサである。熱電対は、補償導線を介して温度入力ユニット１００に接続される。補償導線は、熱電対を温度入力ユニット１００に接続する導線である。測温抵抗体は、温度変化によって金属または金属酸化物の電気抵抗が変化する特性を利用して温度を測定するセンサである。

　実施の形態に特徴的な構成として、温度入力ユニット１００は、熱電対を使用して温度を測定する前に、測定値の誤差を補正するための補正値を求める。温度入力ユニット１００は、熱電対を使用して測定対象物の温度を測定すると、予め求めた補正値により測定値を補正する。温度入力ユニット１００は、本発明の温度入力ユニットの一例である。

　測定値に誤差が生じるのは次のような理由による。温度入力ユニット１００は、熱電対及び補償導線の断線を検出するため、熱電対及び補償導線に断線検出用の直流電流を流す手段を備えている。熱電対及び補償導線に断線検出用の直流電流を流すと熱電対及び補償導線の抵抗により電圧降下が生じる。この電圧降下によって、熱起電力の測定値に誤差が生じる。なお、一般的には熱電対の素線の抵抗値は１メートル当たり数オーム程度であり、さらに、熱電対の素線は短いことが多い。このため、熱電対の抵抗は小さいと考えられる。よって、実施の形態においては、熱電対の抵抗により生じた電圧降下は測定値の誤差に影響を与えないものとして、補償導線の抵抗により発生する電圧降下による誤差を補正する。

　図１に示すように、温度入力ユニット１００は、熱電対１及び補償導線２が接続される熱電対入力端子１１と、測温抵抗体が接続される測温抵抗体入力端子１２と、熱電対入力端子１１の接続先を切り替える端子切替部１３と、センサからの入力を切り替える入力回路切替部１４と、熱電対１の熱起電力を検出する熱電対入力回路１５と、熱電対１及び補償導線２の断線を検出する断線検出回路１６と、測温抵抗体に電流を流す定電流源１７と、測温抵抗体の抵抗の変化を検出する測温抵抗体入力回路１８と、熱電対入力回路１５及び測温抵抗体入力回路１８の出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ（Analog/Digital）変換部１９と、温度入力ユニット１００各部を制御する制御部２０と、補正値を記憶する記憶部２１とを有する。

　熱電対１は、例えば、Ｋ熱電対、Ｓ熱電対、Ｒ熱電対である。補償導線２は、熱電対１とほぼ同等の熱起電力特性の金属を使用した導線であり、熱電対１と、温度入力ユニット１００とをつなぐ導線である。

　熱電対入力端子１１は、補償導線２が接続される入力端子である。熱電対入力端子１１は、端子切替部１３により熱電対入力回路１５に接続される。図示する例では、熱電対入力端子１１の一方には、補償導線２が接続される。熱電対入力端子１１の他方は接地される。熱電対１を使用した温度測定の際には、ユーザが熱電対１及び補償導線２を熱電対入力端子１１に接続する。

　測温抵抗体入力端子１２は、不図示の測温抵抗体が接続される入力端子である。図示する例では、測温抵抗体入力端子１２の一方には、測温抵抗体が接続される。測温抵抗体入力端子１２の他方は接地される。測温抵抗体を使用した温度測定の際には、ユーザが測温抵抗体を測温抵抗体入力端子１２に接続する。

　端子切替部１３は、例えば、半導体スイッチを含み、制御部２０の制御により、熱電対入力端子１１と、熱電対入力回路１５または測温抵抗体入力回路１８とを接続する。熱電対１を使用した温度測定の際には、ユーザが熱電対１を接続した補償導線２の一端を熱電対入力端子１１に接続する。この場合、端子切替部１３のスイッチがＡ側にオンすると、補償導線２と熱電対入力回路１５とが電気的に接続される。端子切替部１３のスイッチがＢ側にオンすると、補償導線２と測温抵抗体入力回路１８とが電気的に接続される。

　入力回路切替部１４は、例えば、半導体スイッチを含み、制御部２０の制御により、熱電対入力回路１５または測温抵抗体入力回路１８を、Ａ／Ｄ変換部１９に接続する。入力回路切替部１４のスイッチがＣ側にオンすると、熱電対入力回路１５とＡ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続される。入力回路切替部１４のスイッチがＤ側にオンすると、測温抵抗体入力回路１８とＡ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続される。端子切替部１３と入力回路切替部１４とは、本発明の接続切替部の一例である。

　熱電対入力回路１５は、端子切替部１３を介して熱電対入力端子１１に接続され、入力回路切替部１４を介してＡ／Ｄ変換部１９に接続されている。熱電対入力回路１５は、増幅器を含み、入力された電圧信号を増幅して出力する。熱電対１及び補償導線２が熱電対入力端子１１に接続されており、端子切替部１３のスイッチがＡ側にオンし、入力回路切替部１４のスイッチがＣ側にオンしているとき、熱電対入力回路１５は、熱電対１及び補償導線２から入力された熱起電力を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部１９に出力する。図示する例では、熱電対入力端子１１の一端を接地しているため、熱電対入力回路１５は、熱電対１及び補償導線２とグランドとの電位差を増幅した電圧信号を出力する。熱電対入力回路１５は、後述のＡ／Ｄ変換部１９と制御部２０とともに、熱電対及び補償導線の熱起電力を検出する熱電対検出回路として機能する。

　断線検出回路１６は、熱電対１及び補償導線２の断線を検出する手段であって、端子切替部１３を介して補償導線２に接続される。端子切替部１３のスイッチがＡ側にオンしているとき、補償導線２と断線検出回路１６とが電気的に接続される。断線検出回路１６は、電源１６１と、断線検出用抵抗１６２とを含む。電源１６１は、熱電対１及び補償導線２に直流電流を流すための電源である。断線検出用抵抗１６２は、電源１６１から熱電対１及び補償導線２に流れる電流を制限する。よって、熱電対１及び補償導線２に流す電流を微弱なものとすることができる。断線検出回路１６が熱電対１及び補償導線２に流す電流を断線検出電流と称する。

　定電流源１７は、測温抵抗体に定電流を流す電流源である。図示する例では、測温抵抗体に定電流を流し、測温抵抗体の両端の電位差から測温抵抗体の抵抗値を求めるためである。

　測温抵抗体入力回路１８は、測温抵抗体入力端子１２に接続され、入力回路切替部１４を介してＡ／Ｄ変換部１９に接続されている。測温抵抗体入力回路１８は、増幅器を含み、入力された電圧信号を増幅して出力する。測温抵抗体が測温抵抗体入力端子１２に接続されており、入力回路切替部１４のスイッチがＤ側にオンしているとき、測温抵抗体入力回路１８は、測温抵抗体から入力された電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部１９に出力する。図示する例では、測温抵抗体入力端子の一端を接地しているため、測温抵抗体入力回路１８は、グランドと測温抵抗体との電位差を増幅した信号を出力する。定電流源１７及び測温抵抗体入力回路１８は、後述のＡ／Ｄ変換部１９と制御部２０とともに、測温抵抗体の抵抗を検出する測温抵抗体検出回路として機能する。

　前述のように、温度入力ユニット１００は、熱電対１を使用した温度測定の前に、測定値の誤差を補正するための補正値を求める。このため、測温抵抗体入力回路１８は、端子切替部１３のスイッチがＢ側にオンし、かつ、入力回路切替部１４のスイッチがＤ側にオンしているとき、熱電対入力端子１１から入力された電圧信号を増幅し、増幅した信号をＡ／Ｄ変換部１９に出力する。

　Ａ／Ｄ変換部１９は、入力された電圧信号が示すアナログ値をデジタル値に変換し、変換した値を制御部２０に出力する。入力回路切替部１４のスイッチがＣ側にオンしている場合、Ａ／Ｄ変換部１９は、熱電対入力回路１５が出力した電圧信号が示すアナログ値をデジタル値に変換し、変換した値を制御部２０に出力する。入力回路切替部１４のスイッチがＤ側にオンしている場合、Ａ／Ｄ変換部１９は、測温抵抗体入力回路１８が出力した電圧信号が示すアナログ値をデジタル値に変換し、変換した値を制御部２０に出力する。

　制御部２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、記憶部２１に記憶されているプログラムを実行して、温度入力ユニット１００の各種機能を実現する。

　実施の形態において、制御部２０は、熱電対１を使用した温度測定を行う場合に、端子切替部１３と入力回路切替部１４とを制御して、補償導線２と、熱電対入力回路１５と、Ａ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続されるようにする。このとき、熱電対入力回路１５は、熱電対入力端子１１から入力された電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部１９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１９は、熱電対入力回路１５から供給された電圧信号を示すアナログ値をデジタル値に変換し、変換した値を制御部２０に出力する。よって、制御部２０は、Ａ／Ｄ変換部１９からデジタル値が供給されると、供給されたデジタル値を補正する。制御部２０は、記憶部２１に格納されている規準熱起電力表を参照し、補正したデジタル値に対応する温度の測定値を取得する。制御部２０は、取得した温度を示すデータを、例えば、ＣＰＵユニットに供給する。

　実施の形態において、制御部２０は、熱電対１を使用した温度測定の前に、測定値の誤差を補正するための補正値を求め、Ａ／Ｄ変換部１９から供給されたデジタル値から補正値を減じて、補正したデジタル値を求める。具体的には、制御部２０は、温度測定の前に、端子切替部１３と入力回路切替部１４とを制御して、熱電対入力端子１１と、測温抵抗体入力回路１８と、Ａ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続されるようにする。このとき、測温抵抗体入力回路１８は、熱電対入力端子１１から入力された電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部１９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１９は、測温抵抗体入力回路１８から供給された電圧信号を示すアナログ値をデジタル値に変換し、変換した値を制御部２０に出力する。よって、制御部２０は、Ａ／Ｄ変換部１９から供給されたデジタル値から補正値を求め、求めた補正値を記憶部２１に格納する。補正値の算出方法は後述する。

　制御部２０は、測温抵抗体を使用した温度測定を行う場合に、入力回路切替部１４を制御して、測温抵抗体入力端子１２と、測温抵抗体入力回路１８と、Ａ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続されるようにする。このとき、測温抵抗体入力回路１８は、測温抵抗体入力端子１２から入力された電圧信号を増幅し、増幅した電圧信号をＡ／Ｄ変換部１９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１９は、測温抵抗体入力回路１８から供給された電圧信号を示すアナログ値をデジタル値に変換し、変換した値を制御部２０に出力する。制御部２０は、Ａ／Ｄ変換部１９からデジタル値が供給されると、供給されたデジタル値と定電流源１７から流れる電流の電流値とから測温抵抗体の抵抗値を算出する。制御部２０は、記憶部２１に格納されている抵抗値表を参照し、算出した抵抗値に対応する温度の測定値を取得する。制御部２０は、取得した温度を示すデータを、例えば、ＣＰＵユニットに供給する。制御部２０は、本発明の測定部の一例である。

　記憶部２１は、揮発性メモリと不揮発性メモリとを含み、温度入力ユニット１００の各種機能を実現するためのプログラムとプログラムの実行に使用されるデータとを記憶する。記憶部２１は、さらに、熱電対１を使用した温度測定に使用する規準熱起電力表と、測温抵抗体を使用した温度測定に使用する測温抵抗体の抵抗値表とを記憶する。規準熱起電力表と抵抗値表とは、例えば、ＪＩＳ規格に則ったものである。記憶部２１は、後述の方法で予め算出された補正値を記憶する。

　続いて、補正の方法を説明する。まず、熱電対１を使用した温度測定時に、断線検出回路１６から流れる微弱な直流電流は、端子切替部１３、補償導線２、熱電対１、補償導線２、の順に流れる。端子切替部１３のスイッチがＡ側にオンしているときの、図１の破線で囲んだ部分の等価回路を図２に示す。熱電対１の抵抗値をｒ１、補償導線２それぞれの抵抗値をｒ２、端子切替部１３のスイッチをＡ側に接続したときのオン抵抗値をｒ３Ａ、電源１６１から流れる直流電流の電流値をＩ１とする。このとき、熱電対入力回路１５に入力される電圧Ｖ１は、下記式（１）で表される。
　Ｖ１＝（ｒ１＋２×ｒ２＋ｒ３Ａ）×Ｉ１・・・・・・（１）

　前述のように、熱電対１の抵抗は補償導線２の抵抗に比べ小さいことが多く、熱電対１の抵抗により生じた電圧降下は測定値の誤差に与える影響が小さいことが多いので、ここでは熱電対１の抵抗は考慮しない。この場合、熱電対入力回路１５に入力される電圧Ｖ１は、下記式（２）のように表される。
　Ｖ１＝（２×ｒ２＋ｒ３Ａ）×Ｉ１・・・・・・・・・（２）

　実施の形態においては、制御部２０は、断線検出電流を流していない状態で補償導線２の両端の電圧を予め測定し、測定した電圧値から補正値を求める。制御部２０は、次のような方法で、断線検出電流を流していない状態の補償導線２の両端の電圧を測定する。制御部２０は、熱電対１での温度測定前に、端子切替部１３のスイッチをＢ側にオンし、補償導線２を測温抵抗体入力回路１８に接続する。このとき、定電流源１７から流れる直流電流は、端子切替部１３、補償導線２、熱電対１、補償導線２、の順に流れる。端子切替部１３のスイッチがＢ側にオンしているときの、図１の破線で囲んだ部分の等価回路を図３に示す。補償導線２の抵抗値をｒ２、端子切替部１３のスイッチをＢ側に接続したときのオン抵抗値をｒ３Ｂ、定電流源１７から流れる直流電流の電流値をＩ２とする。このとき、測温抵抗体入力回路１８に入力される電圧Ｖ２は、下記式（３）で表される。
　Ｖ２＝（ｒ１＋２×ｒ２＋ｒ３Ｂ）×Ｉ２・・・・・・（３）

　上述と同様に熱電対１の抵抗は考慮しない場合、測温抵抗体入力回路１８に入力される電圧Ｖ２は、下記式（４）のように表される。
　Ｖ２＝（２×ｒ２＋ｒ３Ｂ）×Ｉ２・・・・・・・・・（４）

　ここで、端子切替部１３をＡ側に接続したときのオン抵抗値ｒ３Ａと、端子切替部１３をＢ側に接続したときのオン抵抗値ｒ３Ｂとは、同一部品内において、チャネルが異なるだけであるので、ｒ３Ａ≒ｒ３Ｂとして近似することができる。以下、ｒ３Ａ≒ｒ３Ｂ＝ｒ３とする。この場合、測温抵抗体入力回路１８に入力される電圧Ｖ２は、下記のように表される。
　Ｖ２＝（２×ｒ２＋ｒ３）×Ｉ２・・・・・・・・・（５）

　また、補償導線２の抵抗値ｒ２と、端子切替部１３のオン抵抗値ｒ３は、それぞれ数百オーム程度か、それ以下の抵抗値であることが多い。一方、断線検出用抵抗１６２には、例えば、数メガオーム程度の抵抗が使用されることが多い。断線検出用抵抗１６２の抵抗値は、補償導線２の抵抗値ｒ２、端子切替部１３のオン抵抗値ｒ３に比べて高いといえる。よって、電源１６１から流れる電流を定電流とみなすことができる。

　制御部２０は、断線検出電流が流れていない状態で、測温抵抗体入力回路１８に入力される電圧Ｖ２を測定する。この電圧Ｖ２を電流の値で割ることで、補償導線２の抵抗値ｒ２と端子切替部１３のオン抵抗値ｒ３との和を求めることができる。図３に示す回路に流れる直流電流はＩ２であるが、図２に示す回路に流れる直流電流はＩ１であるため、制御部２０は、電圧Ｖ２の測定値をデジタル値に変換した値にＩ１／Ｉ２を乗じて、断線検出電流を流したときに補償導線２の配線抵抗と端子切替部１３のオン抵抗とにより発生する電圧降下の予測値を求める。熱電対１を使用した温度測定のときには、熱電対入力回路１５が出力する電圧信号が示す値から電圧降下の予測値を減じることで、測定誤差を除いた測定値を得ることができる。電圧降下の予測値を測定時の測定値を補正する補正値Ｃ１とする。
　補正値Ｃ１＝Ｖ２×Ｉ１／Ｉ２・・・・・・（６）

　制御部２０は、熱電対１を使用した温度測定のときには、熱電対入力回路１５が出力する電圧信号が示す値から補正値Ｃ１を減ずることにより、測定値を補正する。

　続いて、上記の構成を備える温度入力ユニット１００が、熱電対１を使用した温度を測定する一連の処理を説明する。

　例えば、ユーザが、熱電対入力端子１１に熱電対１及び補償導線２を接続し、設定ツールを使用して熱電対１を使用した温度測定を行うことを示すパラメータをＰＬＣのＣＰＵユニットに書き込んだとする。熱電対１の熱起電力は前述の特性により周囲温度によって変化するので、熱電対１を接続したままでは補正値Ｃ１に多少の誤差が生じ、補正値Ｃ１を正しく算出することが難しい。このため、補償導線２の先端を短絡しておくことが好ましい。したがって、ユーザが、補償導線２の先端を短絡したとする。その後、ユーザが、ＰＬＣの各ユニットを再起動したとする。制御部２０は、再起動後に、下記の補正値を算出する事前処理を実行し、その後、温度の測定処理を実行する。

　まず、温度測定前に制御部２０が実行する事前処理を説明する。図４に示すように、事前処理の実行に際して、制御部２０は、補償導線２を測温抵抗体入力回路１８に接続する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部２０は、端子切替部１３を制御して、自動で端子切替部１３のスイッチをＢ側に切り替え、入力回路切替部１４を制御して、自動で入力回路切替部１４のスイッチをＤ側に切り替える。よって、補償導線２と、測温抵抗体入力回路１８と、Ａ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続される。

　このとき、図３に示すように、直流電流が、定電流源１７から、端子切替部１３、補償導線２の順に流れる。前述のように、補償導線２の先端が短絡されているため、熱電対１には直流電流が流れない。測温抵抗体入力回路１８は、入力された電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換部１９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１９は、入力された電圧信号が示すアナログ値をデジタル値に変換する（ステップＳ１２）。Ａ／Ｄ変換部１９は、変換した値を制御部２０に出力する。Ａ／Ｄ変換部１９が制御部２０に出力した値は、測温抵抗体入力回路１８に入力される電圧Ｖ２のデジタル値である。

　制御部２０は、上述の式（６）に示すように、Ａ／Ｄ変換部１９から供給されたデジタル値にＩ１／Ｉ２を乗じて補正値Ｃ１を算出する（ステップＳ１３）。制御部２０は、算出した補正値Ｃ１を記憶部２１に格納する。以上が事前処理である。補償導線２の先端が短絡されているため、事前処理が終わると、ユーザは補償導線２に熱電対１を接続する。

　続いて、制御部２０は、温度の測定処理を開始する。図５に示すように、測定処理の実行に際して、制御部２０は、補償導線２を熱電対入力回路１５に接続する（ステップＳ２１）。具体的には、制御部２０は、端子切替部１３を制御して、自動で端子切替部１３のスイッチをＡ側に切り替え、入力回路切替部１４を制御して、自動で入力回路切替部１４のスイッチをＣ側に切り替える。よって、熱電対１及び補償導線２と、熱電対入力回路１５と、Ａ／Ｄ変換部１９とが電気的に接続される。

　このとき、断線検出回路１６から流れる微弱な直流電流は、端子切替部１３、補償導線２、熱電対１、補償導線２、の順に流れる。熱電対入力回路１５は、入力された電圧信号を増幅してＡ／Ｄ変換部１９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１９は、入力された電圧信号が示すアナログ値をデジタル値に変換する（ステップＳ２２）。Ａ／Ｄ変換部１９は、変換した値を制御部２０に出力する。

　制御部２０は、Ａ／Ｄ変換部１９から供給されたデジタル値から補正値Ｃ１を減じて、測定値を補正する（ステップＳ２３）。制御部２０は、記憶部２１に格納されている規準熱起電力表を参照し、補正した測定値に対応する温度の測定値を取得する（ステップＳ２４）。以上が測定処理である。上述のステップＳ１１乃至ステップＳ１３、及び、ステップＳ２１乃至ステップＳ２４は、本発明におけるプログラムによって実行される処理の一例である。

　以上、説明したように、実施の形態に係る温度入力ユニット１００は、熱電対１の熱起電力を検出する熱電対入力回路１５と、測温抵抗体の抵抗の変化を検出する測温抵抗体入力回路１８とを備える。温度入力ユニット１００は、熱電対１を使用した測定前に、補償導線２を測温抵抗体入力回路１８に接続し、断線検出電流を流していない状態で補償導線２の配線抵抗と端子切替部１３のオン抵抗との和を求める。温度入力ユニット１００は、補償導線２の配線抵抗と端子切替部１３のオン抵抗との和から熱電対１及び補償導線２に断線検出電流を流すと発生する電圧降下の予測値を求め、求めた値を補正値とする。温度測定時には、温度入力ユニット１００は、測定値から補正値を減じて測定値を補正する。よって、ユーザは、測定対象物の温度測定を行う前に、補償導線２の抵抗値を測定するために測定対象物の温度を上昇させ、熱電対１で温度を測定する必要がない。したがって、ユーザは測定対象物の温度測定前に煩雑な作業を行う必要がない。

　また、温度入力ユニット１００は、温度測定のために備える測温抵抗体入力回路１８を使用して補正値を求めるため、例えば、特許文献１に記載された構成のように、一般的な熱電対入力回路では使用しない構成を別途追加する必要はなく、熱電対入力回路の構成を大きく変更する必要がない。よって、簡易な構成で、補償導線２の配線抵抗により発生する電圧降下に起因した測定誤差を補正することができる。

　実施の形態では、温度入力ユニット１００内の記憶部２１に上記機能を実現するためのプログラム及びデータを記憶させていたが、これに限られない。温度入力ユニット１００に接続される他の装置が備える記憶部に、プログラム及びデータを記憶させておいてもよい。他の装置は、例えば、ＣＰＵユニット、他の機能ユニットである。温度入力ユニット１００は、求めた補正値を他の装置の記憶部に格納してもよい。このような場合、温度入力ユニット１００と温度入力ユニット１００に接続される装置を含めたものが、本発明における温度測定装置の一例に該当する。

　上記の実施の形態においては、プログラマブルロジックコントローラの温度入力ユニット１００が、温度を測定し、測定値を補正する例を説明したが、これに限られない。例えば、ＣＰＵユニットが、上記の構成を備え、温度を測定し、測定値を補正してもよい。あるいは、他の機能ユニットが、上記の構成を備え、温度を測定し、測定値を補正してもよい。

　実施の形態においては、ユーザが、温度測定前の事前処理において補償導線２の先端を短絡する例を説明したが、ユーザは補償導線２の先端を短絡しなくてもよい。補償導線２の先端を短絡しない場合、熱電対１の熱起電力により補正値Ｃ１にわずかな誤差が含まれるものの、実施の形態と同様に、温度入力ユニット１００は補償導線２の配線抵抗により発生する電圧降下に起因した測定誤差を補正することが可能である。

　上記のプログラムを記録する記録媒体としては、ＵＳＢメモリ、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、Ｂｌｕ－ｒａｙ（登録商標）、ＭＯ、ＳＤカード、メモリースティック（登録商標）、その他、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリ、磁気テープを含むコンピュータ読取可能な記録媒体を使用することができる。

　本発明は、広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

Ｃ１　補正値、Ｖ１，Ｖ２　電圧、ｒ１，ｒ２　抵抗値、ｒ３，ｒ３Ａ，ｒ３Ｂ　オン抵抗値、１　熱電対、２　補償導線、１１　熱電対入力端子、１２　測温抵抗体入力端子、１３　端子切替部、１４　入力回路切替部、１５　熱電対入力回路、１６　断線検出回路、１７　定電流源、１８　測温抵抗体入力回路、１９　Ａ／Ｄ変換部、２０　制御部、２１　記憶部、１００　温度入力ユニット、１６１　電源、１６２　断線検出用抵抗

Claims

　熱電対及び測温抵抗体の少なくとも一方により測定対象物の温度を測定する機能を備え、前記熱電対により温度を測定する場合に前記熱電対と前記熱電対に接続される補償導線とに断線の検出のための断線検出電流を流す断線検出手段を備える温度入力ユニットであって、
　前記熱電対により温度を測定する場合に、前記温度入力ユニットに接続された熱電対及び補償導線の熱起電力を検出する熱電対検出回路と、
　前記測温抵抗体により温度を測定する場合に、前記温度入力ユニットに接続された測温抵抗体に定電流を流し、前記測温抵抗体の抵抗を検出する測温抵抗体検出回路と、
　前記補償導線を、前記熱電対検出回路または前記測温抵抗体検出回路に接続する接続切替部と、
　前記熱電対により温度を測定する場合に、前記熱電対検出回路が検出した前記熱起電力から前記測定対象物の温度を求め、前記測温抵抗体により温度を測定する場合に、前記測温抵抗体検出回路が検出した前記測温抵抗体の抵抗から前記測定対象物の温度を求める測定部と、
　を備え、
　前記測定部は、
　前記熱電対により前記測定対象物の温度を測定する前に、前記接続切替部を制御することにより前記補償導線を前記測温抵抗体検出回路に接続し、前記断線検出電流を流したときに前記補償導線の抵抗により生じる電圧降下の予測値を求め、
　前記接続切替部を制御することにより前記補償導線を前記熱電対検出回路に接続し、前記熱電対検出回路が検出した前記熱起電力の測定値から前記予測値を減じて、補正した前記熱起電力の測定値を求める、
　温度入力ユニット。
　前記測定部は、前記測温抵抗体検出回路により前記補償導線の抵抗値を求め、前記抵抗値と前記断線検出電流の電流値とから、前記予測値を求める、
　請求項１に記載の温度入力ユニット。
　前記測定部は、前記補償導線に前記熱電対が接続された状態で前記測定値を求める、
　請求項１または２に記載の温度入力ユニット。
　熱電対及び測温抵抗体の少なくとも一方により測定対象物の温度を測定する機能を備え、前記熱電対により温度を測定する場合に前記熱電対と前記熱電対に接続される補償導線とに断線の検出のための断線検出電流を流す断線検出手段を備える温度測定装置であって、
　前記熱電対により温度を測定する場合に、前記温度測定装置に接続された熱電対及び補償導線の熱起電力を検出する熱電対検出回路と、
　前記測温抵抗体により温度を測定する場合に、前記温度測定装置に接続された測温抵抗体に定電流を流し、前記測温抵抗体の抵抗を検出する測温抵抗体検出回路と、
　前記補償導線を、前記熱電対検出回路または前記測温抵抗体検出回路に接続する接続切替部と、
　前記熱電対により温度を測定する場合に前記熱電対検出回路が検出した前記熱起電力から前記測定対象物の温度を求め、前記測温抵抗体により温度を測定する場合に前記測温抵抗体検出回路が検出した前記測温抵抗体の抵抗から前記測定対象物の温度を求める測定部と、
　を備え、
　前記測定部は、
　前記熱電対により前記測定対象物の温度を測定する前に、前記接続切替部を制御することにより前記補償導線を前記測温抵抗体検出回路に接続し、前記断線検出電流を流したときに前記補償導線の抵抗により生じる電圧降下の予測値を求め、
　前記接続切替部を制御することにより前記補償導線を前記熱電対検出回路に接続し、前記熱電対検出回路が検出した前記熱起電力の測定値から前記予測値を減じて、補正した前記熱起電力の測定値を求める、
　温度測定装置。
　前記測定部は、前記測温抵抗体検出回路により前記補償導線の抵抗値を求め、前記抵抗値と前記断線検出電流の電流値とから、前記予測値を求める、
　請求項４に記載の温度測定装置。
　前記測定部は、前記補償導線に前記熱電対が接続された状態で前記測定値を求める、
　請求項４または５に記載の温度測定装置。
　熱電対及び測温抵抗体の少なくとも一方により測定対象物の温度を測定する機能を備え、前記熱電対により温度を測定する場合に前記熱電対と前記熱電対に接続される補償導線とに断線の検出のための断線検出電流を流す断線検出手段を備える温度測定装置に、実行させるプログラムであって、
　前記温度測定装置は、
　前記熱電対により温度を測定する場合に、前記温度測定装置に接続された熱電対及び補償導線の熱起電力を検出する熱電対検出回路と、
　前記測温抵抗体により温度を測定する場合に、前記温度測定装置に接続された測温抵抗体に定電流を流し、前記測温抵抗体の抵抗を検出する測温抵抗体検出回路と、
　前記補償導線を、前記熱電対検出回路または前記測温抵抗体検出回路に接続する接続切替部と、
　前記熱電対により温度を測定する場合に、前記熱電対検出回路が検出した前記熱起電力から前記測定対象物の温度を求め、前記測温抵抗体により温度を測定する場合に、前記測温抵抗体検出回路が検出した前記測温抵抗体の抵抗から前記測定対象物の温度を求める測定部と、
　を備える装置であり、
　前記熱電対により前記測定対象物の温度を測定する前に、前記補償導線を前記測温抵抗体検出回路に接続するよう前記接続切替部を制御させ、
　前記断線検出電流を流したときに前記補償導線の抵抗により生じる電圧降下の予測値を求めさせ、
　前記補償導線を前記熱電対検出回路に接続するよう前記接続切替部を制御させ、
　前記熱電対検出回路が検出した前記熱起電力の測定値から前記予測値を減じて、補正した前記熱起電力の測定値を求めさせる、
　プログラム。
　前記測定部に、前記測温抵抗体検出回路により前記補償導線の抵抗値を求めさせ、前記抵抗値と前記断線検出電流の電流値とから、前記予測値を求めさせる、
　請求項７に記載のプログラム。
　前記測定部に、前記補償導線に前記熱電対が接続された状態で前記測定値を求めさせる、
　請求項７または８に記載のプログラム。