JPS63273026A - 温度測定装置の入力回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱電対と３線式測温抵抗体から出力される
アナログ温度信号を入力処理する温度測定装置の入力回
路に関するものである。

（従来の技術〕 温度測定に用いられる熱電対は、温度に対応する熱起電
力を発生するから何ら電源を必要とすることがなく、′
その発生する熱起電力を測定することにより、被測定物
の温度を感知できるように構成されている。このため、
測定回路も比較的簡素に組まれるもので、比較的高温度
の測定に用いられている。

また、３線式測温抵抗体は、定電流源から基準抵抗器と
測温抵抗器とに定電流を供給し、面抵抗器の抵抗値の差
を演算して被測定物の温度を求めるもので、比較的低温
度の測定精度を必要とする温度測定に用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、熱電対と３線式測温抵抗体とでは。

検出されたアナログ温度信号の処理形態が全く異なるた
め、熱電対の入力回路と３線式測温抵抗体の入力回路を
併用できるものがなく、それぞれ別々に構成していたた
め、構成が複雑で計装上の制約になるという問題点があ
った。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たものであり、単一の回路構成で熱電対からのアナログ
温度信号と３線式測温抵抗体からのアナログ温度信号を
入力処理することを可能とした温度測定装置の入力回路
を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る温度測定装置の入力回路は、第１のスイ
ッチ手段により選択される熱電対の２本の出力線と第２
のスイッチ手段により選択される３線式測温抵抗体の３
本の出力線の内の２本の出力線とが共通に結線されるよ
う構成し、前記３線式測温抵抗体に２方向から規定電流
を流すべく該３線式測温抵抗体の共通にされた出力線の
内の１本の出力線と共通にされていない１本の出力線と
を切換える第３のスイッチ手段を備えるとともに、この
第３のスイッチ手段を介して選択的に前記３線式測温抵
抗体に規定電流を供給する定電流源を具備したものであ
る。

〔作用〕

この発明における温度測定装置の入力回路は、第１のス
イッチ手段により選択される熱電対の２本の出力線と第
２のスイッチ手段により選択される３線式測温抵抗体の
３本の出力線の内の２本の出力線とが共通に結線される
よう構成したことにより、熱電対、３線式測温抵抗体の
種類の異なる測温センサからのアナログ温度信号を単一
の入力回路で処理することを可能とする。

また、３線式測温抵抗体に２方向から規定電流を流すべ
く該３線式測温抵抗体の共通にされた出力線の内の１本
の出力線と共通にされていない１本の出力線とを切換え
る第３のスイッチと、この第３のスイッチを介して前記
３線式測温抵抗体に規定電流を供給する定電流源を具備
したことにより、前記３線式測温抵抗体の配線抵抗の影
響を受けることなく、測定温度を求めることを可能とす
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例による温度測定装置の入力
回路を示すブロック図であり、第１図において、１はス
イッチＳＷＩ〜ＳＷ３から構成されたマルチプレクサで
あり、スイッチＳＷＩは連動する接点１８〜１ｃで構成
され、スイッチＳＷ２は連動する接点２８〜２ｃで構成
され、スイッチＳＷ３は連動する接点３ａ〜３ｃで構成
されている。

接点１ａ、ｌｂには熱電対２が接続され、接点２８〜２
ｃには３線式測温抵抗体３が接続され、接点３ａ〜３ｃ
には、３線式測温抵抗体４（熱電対による温度測定時の
冷接点温度測定用）が接続されている。

５は回路切換えスイッチ、６は定電流源、７は定電流源
６の出力回路を開閉するスイッチ、８は増幅率可変の増
幅器、９はＡ／Ｄ変換器、１０は中央処理装置（以下、
ＣＰＵと略称する）であり、スイッチ７を開閉するスイ
ッチ制御信号Ｃ１、スイッチＳＷＩ〜ＳＷ３を開閉制御
するマルチプレクサ制御信号Ｃ２、回路切換えスイッチ
５を切換え制御するスイッチ制御信号Ｃ３，増幅器８の
ゲイン制御信号Ｃ４，Ａ／Ｄ変換器９のＡ／Ｄ変換制御
信号Ｃｓを所定のタイミングで出力する。ｒｏは３線式
測温抵抗体３の配線抵抗値、ｒ２は３線式測温抵抗体４
の配線抵抗値である。

第２図（ａ）は第１図の入力回路において、第１のスイ
ッチ手段としてのスイッチＳＷＩの連動接点１ａ〜１ｃ
をオン、回路切換えスイッチ５を端子５ａ側に投入、ス
イッチ７をオフ（これら３つのスイッチ状態は測定期間
中保持されている）し、熱電対２からのアナログ温度信
号を測定するようにした回路部分のみを抽出した回路図
であり、第２図（ｂ）はその抽出回路の等価回路である
。

第２図（ｂ）においてｏ　　ｒｔａｙ　ｒｘ＞は接点１
ａ。

１ｂのオン抵抗値、ｒ’ｓａは回路切換えスイッチ５を
端子５ａ側に投入したときのオン抵抗値、ＯＰは演算増
幅器、ｒｓｙ　ｒｆはゲイン決定抵抗値であり、この演
算増幅器ｏｐとゲイン決定抵抗値ｒｓｔｒｔとで増幅器
８を構成している。

いま、演算増幅器ＯＰのリーク電流をｉ、熱電対２の熱
起電力をＥとすると、この熱起電力Ｅと演算増幅器ＯＰ
の出力電圧Ｖ。どの間には、次の関係式が成立する。

ここで、ｒ７（＝　ｒＢ＋ｒ’ｘｂ　＋　ｒｓａところ
が、一般にリーク電流ｉは十分に小さく、また、全スイ
ッチのオン抵抗値が十分小さいようにスイッチ素子を選
択すれば、上記（１）式中の熱起電力Ｅは、Ｅ）ｒｔｅ
−ｉとなり、上記（１）式は下記（２）式のようにみな
せ、熱起電力Ｅを演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖ、から知
ることができる。

ｒ５＋ｒｔ 上記熱電対２による温度検出測定を行う場合には、冷接
点温度測定が必要となる。そこで、第１図は３線式測温
抵抗体４に１チヤネルを割当てて測定するという従来か
らの構成を利用しているが。

例えば、独立した増幅器とＡ／Ｄ変換器による冷接点温
度測温回路を用いるようにしてもよい。

第３図（ａ）は第１図の入力回路において、第２のスイ
ッチ手段としてのスイッチＳＷ２の連動接点２８〜２ｃ
をオン、スイッチ７をオン（これら２つのスイッチの状
態は測定期間中保持されている）し、３線式測温抵抗体
３からのアナログ温度信号を測定するようにした回路部
分のみを抽出した回路図であり、第３図（ｂ）は第３の
スイッチ手段としての回路切換えスイッチ５を端子５ａ
側に投入したときの上記抽出回路の等価回路図、第３図
（Ｃ）は回路切換えスイッチ５を端子５ｂ側に投入した
ときの上記抽出回路の等価回路図である。

第３図（ａ）〜（ｃ）において、前記第１図。

第２図（ａ）、Ｃｂ）と同一部分には同一符号を付しで
ある６いま、マルチプレクサ１の接点２ａ〜２ｃのオン
抵抗値をｒ’２ａ＊　ｒ２訪ｇ　ｒ２ｃｍ回路切換えス
イッチ５を端子５ｂ側に投入したときのオン抵抗値をｒ
５゜、定電流源６からの電流をｉｃ、上記回路切換えス
イッチ５を端子Ｓａ側に投入したときの演算増幅器ＯＰ
の出力電圧をＶ。い回路切換えスイッチ５を端子５ｂ側
に投入したときの演算増幅器ＯＰの出力電圧をＶ、とじ
たとき、３線式測温抵抗体３の測定部抵抗値Ｒ１配線抵
抗値ｒ１と出力電圧ｖ０１との間には、第３図（ｂ）か
られかるように次の関係式が成立する。

ｃ ここでｒｐＴｏｌ：　ｒｚａ＋　ｒ２ｂ　＋　ｒｓａと
ころが、一般にリーク電流ｉは定電流源６からの電流ｉ
ｃに比べて十分に小さい（ｉｃ＞ｉ）。

従って、上記（３）式は下記（４）式のように置換され
る。

ｅ 次に、回路切換えスイッチ５を端子５ｂ側に投入したと
きには、第３図（ａ）の回路は第３図（ｃ）の等価回路
となり、配線抵抗値ｒ１と演算増幅器ＯＰの出力電圧Ｖ
。２との間には、次の関係式が成立する。

ｅ ここで−ｒｐＴｏ、：　ｔ’ｚｂ　十ｒｚｃ＋ｒ’ｓｂ
ところが、前記のように（ｉｃ）ｉ）であるから、上記
（５）式は下記（６）式のように置換される。

ｇｌ そこで、上記（５）式および（６）式の辺々をそれぞれ
減算すると、下記（７）式が得られる。

ここで、ｒ２Ｂ−Ｊ”　ｒ２ｃ＋　　ｒｓａ”　ｒｓｂ
となるようなスイッチ素子を用いると、上記（７）式は
次のように置換される。

Ｒ−ｉ　ｃ＝　　　　　（Ｖｏ、ＶＩ、−）ｒｇ＋ｒｚ 従って、上記（８）式より、演算増幅器ＯＰの出力電圧
Ｖ　ａｔｅ　Ｖｌ１２を測定することにより、配線抵抗
値ｒ１の影響を受けることなく測定部抵抗値Ｒを求める
ことができる。

なお、上記実施例では１回路切換えスイッチ５の端子５
ａ側への投入時と端子５ｂ側への投入時の増幅器８の増
幅率をｒｓ＋ｒｆと同一にしているが、これを同一にす
る必要はない。また、定電流源からの電流ｉｅも同一の
値としているが、これも同一とする必要はない。

第４図は動作手順を示すフローチャートであり、まず、
ＣＰＵｌ０は手動で指定される入力センサが熱電対（Ｔ
／Ｃ）か否かを判定しくステップ４−１）　、ＹＥＳ　
ＣＴ／Ｃの場合）ならば増幅器８に対しゲイン制御信号
Ｃ４を出力し、前記第（２）式を満足するように演算増
幅器ＯＰのゲイン決定抵抗値ｒｓ＊ｒ’ｆを決定する（
ステップ４−２）。

次いで、ＣＰＵｌ０はスイッチ制御信号Ｃ１を出力して
、スイッチ７をオフ状態に設定しくステップ４−３）、
スイッチ制御信号Ｃ３を出力して、回路切換えスイッチ
５を端子５ａ側に接続しくステップ４−４）　、マルチ
プレクサ制御信号Ｃ２を出力して、スイッチＳＷＩの連
動接点１ａ〜ＩＣを選択的にオンする（ステップ４−５
）。これにより、前記第２図（ａ）に示した熱電対２に
対する入力回路が構成され、その等価回路は第２図（ｂ
）のようになる。

上記の状態下において、熱電対２から温度に応じて出力
される熱起電力Ｅの安定後、増幅器８で増幅された出力
電圧ｖ０をＡ／Ｄ変換器９でＡ／Ｄ変換測定を行う（ス
テップ４−６）。

次いで、ＣＰＵｌ０はマルチプレクサ制御信号Ｃ２でス
イッチＳＷ１の連動接点１ａ〜ＩＣをオフとしくステッ
プ４−７）、Ａ／Ｄ変換器９から出力されるディジタル
温度データを前記第（２）式に基づいて温度計算を行い
（ステップ４−８）。

制御を終了する。なお、上記の制御では冷接点温度補償
については省略している。

一方、前記ステップ４−１の判断で、Ｎｏの場合、つま
り、３線式測温抵抗体（ＲＴＤ）の場合、ＣＰＵｌ０は
ゲイン制御信号Ｃ４を出力して、前記第（４）式を満足
するように演算増幅器ＯＰのゲイン決定抵抗値ｒ’！ｉ
ｔ　ｒｆを設定する（４−９）。

次いで、ＣＰＵｌ０はスイッチ制御信号Ｃ１を出力して
、スイッチ７をオン状態に設定しくステップ４−１０）
、スイッチ制御信号Ｃ１を出力して、回路切換えスイッ
チ５を端子５ａ側に接続しくステップ４−１１）、マル
チプレクサ制御信号。

Ｃ２を出力して、スイッチＳＷ２の連動接点２ａ〜２ｃ
を選択的にオンする（ステップ４−１２）。

これにより、前記第３図（ａ）に示した３線式測温抵抗
体３に対する入力回路が構成され、その等価回路は第３
図（ｂ）のようになる。

この状態下において、温度に応じて、３線式測温抵抗体
３から出力される入力の安定後、増幅器８で増幅された
出力電圧Ｖ。１をＡ／Ｄ変換器９でＡ／Ｄ変換測定を行
い（ステップ４−１３）、とのＡ／Ｄ変換器９からのデ
ィジタル温度データＤ１をＣＰＵｌ０内のメモリに一旦
格納する。

次いで、ＣＰｔＪ　１０はスイッチ制御信号Ｃ３を出力
して、回路切換えスイッチ５を端子５ｂ側に接続する（
ステップ４−１４）。

これにより、第３図（ｃ）に示した等価回路が構成され
る。続いて、ＣＰＵｌ０はゲイン制御信号Ｃ４を出力し
て、前記第（６）式を満足するように演算増幅器ＯＰの
ゲイン決定抵抗値ｒ’ｓｅ　ｒｆを再設定する（ステッ
プ４−１５）。

この状態下において、３線式測温抵抗体３から出力され
る入力の安定後、増幅器８で増幅された出力電圧ｖ０２
をＡ／Ｄ変換器９でＡ／Ｄ変換測定を行い（ステップ４
−１６）、続いて、ＣＰＵＩＯはマルチプレクサ制御信
号Ｃ２を出力して、スイッチＳＷ２の連動接点２８〜２
Ｃをオフする（ステップ４−１７）。

次いで、Ａ／Ｄ変換器９から出力されるディジタル温度
データＤ８と既にメモリに格納された温度データＤ、と
から、前記第（８）式に基づいて３線弐測温抵抗体３の
抵抗値Ｒを演算しくステップ４−１８）、所望とする温
度計算を実行して（ステップ４−１９）、制御を終了す
る。

なお、上記実施例では、ステップ４−１５で再度ゲイン
設定を行う場合について説明したが、必要に応じて実行
処理を省略してもよい。また、上記各ステップ４−１〜
４−１９の各順序は可逆的に入れ替えてもよい。

上記実施例では多チヤンネル入力を処理する場合につい
て説明したが、多チヤンネル入力に限定されることはな
く、第５図に示すように１回路切換えスイッチ５の接点
５ａ、５ｂに熱電対２と３線式測温抵抗体３を交換的に
接続してもよい、この場合は第１図におけるマルチプレ
クサ１は不要である。

熱電対２による温度検出測定を行う場合には、冷接点温
度補償が必要となる。そこで、従来は第１図に示すよう
に、３線式測温抵抗体４に１チヤンネルを割当てて測定
する構成を利用しているが、第５図に示すように独立し
た冷接点温度回路を構成してもよい。

第５図において、１１は冷接点温度測定用抵抗体で、一
端が回路切換えスイッチ５の端子５Ｃ側に接続され、他
端がグランドに接続されている。

冷接点温度補償のために、ＣＰＵｌ０がスイッチ制御信
号Ｃ１を出力し、回路切換えスイッチ５を端子５ｃ側に
接続するとともに、スイッチ制御信号Ｃ１を出力してス
イッチ７をオンすると、第６図に示す冷接点温度測定用
の等価回路が構成される。第６図において、Ｒ６ｃは回
路切換えスイッチ５を端子５ｃ側に投入したときのオン
抵抗値である。

測温抵抗体１１の抵抗値Ｒをオン抵抗値ｒ’ｓｃよりも
十分大きく設定した場合、すなわち、Ｒ）ｒｓｃならば
、抵抗値Ｒは下記筒（９）式が成立することを考慮する
と、 ｒ５＋ｒｆ ｒｇ＋ｒｔ　　ｌｃ となる。

従って、ＣＰＵｌ０がスイッチ制御信号Ｃ１を出力し、
回路切換えスイッチ５を端子５Ｃ側に接続するとともに
、スイッチ制御信号Ｃ１を出力して、スイッチ７をオン
した状態で、増幅器８にあらかじめ設定された増幅率で
増幅された出力電圧ｖ０が後段のＡ／Ｄ変換器９に出力
される。このＡ／Ｄ変換器９から出力されるディジタル
温度データを前記第（９）式に基づいて演算すると、所
望とする冷接点温度補償が行える。

なお、オン抵抗値ＲｓＣをあらかじめ測定しておき（測
温抵抗体１１を短絡）、その値をＣＰ　ＵＩＯ内のメモ
リに記憶しておくことにより、冷接点温度補償を演算処
理で行っても同様の結果が得られる。

上記実施例では、熱電対２の出力を測定する場合、スイ
ッチ７をオフとし、定電流ｉｃが流れないように制御し
ているが、このスイッチ７を除いても熱電対の温度測定
を行うことが可能である。

しかし、スイッチ７を除くと、常時、定電流源６が接続
されていることから、配線抵抗値および連動接点１ａ　
（ｌｂ、ｌｃ）のオン抵抗値の和の抵抗値をｒｘとする
と、次の（１０）式で表わされる誤起電力ＶＲを生ずる
。

ＶＱ　＝ｒｘ（ｉｃ＋ｉ）　　−−（１０）そこで、第
７図に示すように、上記誤起電力Ｖρを十分に小さな値
になるように、抵抗値ｒｘ。

リーク電流ｉ、定電流ｉ（を決定すれば、スイッチ７を
省略して回路構成を簡略化できる。

また、抵抗値ｒ×、定電流ｉｅ、リーク電流ｉが十分に
小さいことを利用して、熱電対部分を短絡して誤起電力
Ｖｐを測定し、ＣＰＵｌ０内のメモリに記憶させ、測定
の際に読み出して補正するように構成することもできる
。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、数個のスイッチ手段
を操作することにより、単一の回路構成で熱電対からの
アナログ温度信号と３線式測温抵抗体からのアナログ温
度信号を入力処理するように構成したので、入力回路の
共通化が可能となり、回路構成が簡略化される。しかも
、３線式測温抵抗体の配線抵抗の影響を受けることなく
測定温度を求めるように構成したので、測定精度が向上
する。また、上記各スイッチ手段の操作を中央処理装置
からの制御信号によって自動的に行うように構成したの
で、簡単な操作で測温入力処理を行うことができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による温度測定装置の入力
回路を示すブロック図、第２１ｍ　（ａ）は第１図の入
力回路中より熱電対からのアナログ温度信号を入力する
回路部分のみを抽出した回路図、第２図（ｂ）はその抽
出回路の等価回路図、第３図（ａ）は第１図の入力回路
中より３線式測温抵抗体からのアナログ温度信号を入力
する回路部分のみを抽出した回路図、第３図（ｂ）、第
３図（Ｑ）は回路切換えスイッチの投入により切換えら
れた第３図（ａ）の抽出回路の等価回路図、第４図は動
作手順を示すフローチャート、第５図はこの発明の他の
実施例による温度測定装置の入力回路を示すブロック図
、第６図は第５図の回路中より冷接点測温抵抗体を接続
した回路部分のみを抽出した等価回路図、第７図は誤起
電力を処理する等価回路図である。 図中、２は熱電対、３，４は３線式測温抵抗体、５は回
路切換えスイッチ、６は定電流源、７はスイッチ、８は
増幅器、９はＡ／Ｄ変換器、１０は中央処理装置（ＣＰ
　Ｕ）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱電対（２）と、この熱電対を選択する第１のスイッチ
   手段（ＳＷ１）と、この第１のスイッチ手段により選択
   された前記熱電対の熱起電力から測定温度を求める信号
   処理装置（１０）を有した温度測定装置において、３線
   式測温抵抗体（３）と、この３線式測温抵抗体を選択す
   る第２のスイッチ手段（ＳＷ２）とを備え、前記第１の
   スイッチ手段により選択される前記熱電対の２本の出力
   線と前記第２のスイッチ手段により選択される前記３線
   式測温抵抗体の３本の出力線の内の２本の線とが共通に
   結線されるよう構成し、前記３線式測温抵抗体に２方向
   から規定電流を流すべく該３線式測温抵抗体の共通にさ
   れた出力線の内の１本の出力線と共通にされていない１
   本の出力線とを切換える第３のスイッチ手段（ＳＷ５）
   を備えるとともに、この第３のスイッチ手段を介して選
   択的に前記３線式測温抵抗体に規定電流を供給する定電
   流源を具備し、前記信号処理装置は前記第３のスイッチ
   手段の切換えにより求まる前記３線式測温抵抗体の２つ
   の出力値から該３線式測温抵抗体の配線抵抗の影響を受
   けることなく測定温度をも求めてなることを特徴とする
   温度測定装置の入力回路。