JPWO2018087911A1 - 温度測定装置、温度表示計及び温度調節計 - Google Patents
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Abstract
Description
測定値の急変は、特に、フィードバック制御のように目標値と現在値との偏差に基づき対象の温度を制御する場合には、安定までの時間が増大し制御性の悪化を引き起こす可能性がある。
同一測定対象の温度を測定するセンサ入力のうち、測定の基準となる基準センサからの入力である基準入力から、切換先のセンサからの入力である切換先入力へ、前記測定に使用するセンサ入力を切換える切換処理部を備え、
前記切換処理部は、
前記基準入力の値が、所定値を超えていない場合は、当該基準入力の値を前記測定対象の測定値として出力し、
前記基準入力の値が前記所定値を超えている、かつ、当該所定値を超えた時点からの経過時間が所定の切換時間未満である場合は、前記基準入力が前記所定値を超えた時点における前記切換先入力の値と前記基準入力の値との偏差量に基づき補正された補正測定値を算出し、当該補正測定値を前記測定対象の測定値として出力し、
前記基準入力の値が前記所定値を超えている、かつ、当該所定値を超えた時点からの経過時間が前記切換時間以上である場合は、前記切換先入力の値を前記測定対象の測定値として出力する、
ことを特徴とする温度測定装置。
(構成2)
前記切換処理部が、前記切換時間と、前記基準入力が前記所定値を超えた時点における前記切換先入力の値と前記基準入力の値との偏差量と、に基づき前記切換時間に対して比例的に補正することで前記補正測定値を算出することを特徴とする請求項1に記載の温度測定装置。
(構成3)
前記切換え処理部が、前記補正測定値を以下の式によって算出することを特徴とする構成1又は2に記載の温度測定装置。
(構成4)
前記切換処理部が、前記所定値を超えた時点における前記偏差量に基づき前記切換時間を決定することを特徴とする構成1から3の何れかに記載の温度測定装置。
(構成5)
構成1から4の何れかに記載の温度測定装置と、前記温度測定装置からの出力を表示する表示部と、を備えることを特徴とする、温度表示計。
(構成6)
構成1から5の何れかに記載の温度測定装置、又は温度表示計と、
前記温度測定装置からの出力と、目標温度に基づいて、前記測定対象の温度を前記目標温度となるように制御するための制御信号を算出する算出部と、
前記測定対象に直接又は他の装置を介して前記制御信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする温度調節計。
図1はこの発明の実施形態による温度調節計の本発明に関する部分を示す概略構成図である。
温度調節計100は、制御対象130を測温するセンサ141、142からの入力値(以下、PV1、PV2とも称する。)に基づき制御対象130の温度を制御する装置であり、制御対象130の温度を測定する温度測定装置150と、制御対象へと制御信号を出力する出力部120を備える。
温度測定装置150は、PV1、PV2に基づき、制御対象130の温度を測定する装置であり、センサの切換処理を行う切換処理部110を備える。また、センサ141、142から入力された電圧値をA/D変換するA/D変換部(不図示)を備える。
温度測定装置150は、センサ141、142からの入力を取り込み可能に構成される。
切換処理部110は、PV1、PV2が入力され、後述するセンサ切換処理を行うと共に、制御対象130の温度測定値(以下、PVと称する。)を出力部120へと出力するよう構成される。また、切換処理部110は、PV1、PV2等の種々の値が記録可能に構成される。
出力部120は、切換処理部110から入力された温度測定値及び目標値に基づきPID演算を行うとともに、演算結果である出力値(MV)を制御対象130へと出力するよう構成される。
センサ141、142は熱電対により構成される。
前述の通り、同一の制御対象の温度を測定していたとしても、センサ特性の違いからセンサ毎の測定値は異なる。このような状況における、センサの切換と測定値の関係を図2に示す。
図2上段は従来の手法によるセンサの切換と測定値との関係を示す。センサ141からの入力値が所定値を超えた時点で温度測定に用いるセンサをセンサ141からセンサ142に単純に切り替えた場合、測定値が急変してしまう。
図2下段は、本実施形態1に係る温度調節計100によるセンサの切換と測定値との関係を示す。PVadjは後述する補正測定値を表す。この図に示されるように、本実施形態1に係る温度調節計100は、時間の経過とともに比例的にセンサ141の値を変化させてゆくことで、測定値の急変を低減するものである。
次に、図3のフローチャートを参照しつつ、実施形態1の温度調節計100の本発明に関する処理動作について説明する。
以下、当該処理を単に切換処理とも称する。
本実施形態においては、温度測定の基準となるセンサである基準センサをセンサ141とし、切換先センサをセンサ142とした。
まず、ステップ300において、温度測定装置150が、PV1とPV2を取得する。そして、温度測定装置150は、取得したそれぞれの値を切換処理部110内の対応する変数へと格納する。なお、各変数の初期値としては0が格納されている。
ステップ320においては、切換処理部110は、切換処理開始時からの経過時間が事前に設定された切換時間以下かどうかを判定する。経過時間が切換時間より大きい、すなわち切換処理が完了している場合、ステップ340へと移行する(ステップ320:No→ステップ340)。ステップ340においては、切換処理部110はPV2、すなわちセンサ142の測定値を、制御対象130の測定値して出力部120へと出力するとともに、切換処理部110内の対応する変数へと格納する。
切換時間については事前に設定されるようにしてもよいし、入力部(不図示)等により入力されるようにしてもよく、測定値の急変をどの程度許容するかに応じて適宜定めればよい。
また、経過時間については、ステップ320に移行した時点から測定を開始する。
また、切換処理部110は、ステップS320へ移行した際に切換処理を実行したかどうかを示すフラグ信号である、切換フラグをONとするように構成されている。そして、切換フラグがONとなっている場合、切換処理開始後にステップ320へと移行するように構成されている。
ステップ330において、切換処理部110はセンサの切換のために補正測定値を算出する。切換処理部110は、以下の式のように算出された補正測定値(以下、補正PVとも称する。)を制御対象130の測定値として出力部120へと出力するとともに、切換処理部110内の対応する変数へと格納する。
実線が切換処理部110から出力されるPVを表す。破線が出力部120から出力されるMV値を表す。
所定値を超えた時点でセンサを切り替えたことにより、測定値の急変が発生する。
また、その時点における出力値は、大きく乱れてしまう。
所定値を超えた時点でセンサを切り替えたにも関わらず、測定値の急変が低減される。
出力値についても大きな乱れがなく、図4の場合と比較すると安定状態に到達する時間が短縮される。
なお、図4、図5において、PVの単位は℃、MVの単位は%である。ここでは、波形の確認のため便宜的にPVとMVを同一平面上に記載している。
また、複数のセンサを切り替えて温度制御を行った場合においても、制御性の低下を防ぐ事が可能である。
また、上述の数2に記載のように、切換処理が開始されると、事前に設定された切換時間が経過した時点で確実に切換えられるよう構成されているため、補正出力値の演算のための時間コストを予測することが可能である。
また、切換処理においては、PV1が所定値を超えた時点におけるPV2と、PV1との偏差に基づき補正測定値が算出されるよう構成されている。そのため、切換処理へ移行後は基準センサの入力を観察する必要がないため、切換処理が開始された後に、基準センサを取り外すことができる。従って、基準センサを新たな切換先センサと換装する場合などに、換装完了までの時間を切換時間分短縮する事が可能となる。
図6は、本発明に係る実施形態2の温度表示計の構成の概略を示すブロック図である。実施形態1(図1)と同様の構成については同一の符号を使用し、ここでの説明を省略若しくは簡略化する。
表示部610はLED表示部により構成されており、切換処理部110から入力されるPV値を表示し、使用者へ測定対象620の温度を表示する。
なお、表示部610は液晶パネルなど、PVの値が表示可能な任意のデバイスにより構成されていてもよい。
例えば、偏差量が少ない場合には切換時間を設定せずにセンサを切換えたとしても測定値の急変が起こりづらいと考えられるため、切換時間を短く設定するように動作する。一方、偏差量が多い場合には切換時間を長く設定するように動作するものである。
また、本実施形態においてはセンサの数を2としたが、3以上の任意の数であってもよい。その場合は、PVの範囲毎に使用するセンサが設定され、それぞれの境界毎に所定値が設定される。切換処理部110は、上記設定に基づき切換処理を実行し、切換処理が終了すると、当該切換処理において切換先であったセンサを基準センサへと設定する。
また、本実施形態における温度調節計100の動作周期は、例えば50msなどの任意の周期であり、事前に設定されていてもよいし、入力部等(不図示)により設定されるように構成されていてもよい。
また、切換処理部110における所定値については事前に設定されるようにしてもよいし、入力部(不図示)等により入力されるようにしてもよく、センサの温度特性等に応じて適宜定めればよい。
また、本実施の形態における温度調節計100は、熱電対により構成されたセンサに対して適用しているが、測温抵抗体など任意のセンサに対して適用が可能である。
また、本実施形態における出力部120はPID演算を行うように構成されているが、任意の制御演算を用いるように構成されていてもよい。
また、補正測定値の算出において、経過時間を外部の機器により測定し、温度測定装置150により取得するように構成されていてもよい。
110…切換処理部
120…出力部
130…制御対象
141、142…センサ
150…温度測定装置
600…温度表示計
610…表示部
620…測定対象
PV、PV1、PV2…測定値
PVadj…補正測定値
MV…出力値
Claims (6)
- 同一測定対象の温度を測定するセンサ入力のうち、測定の基準となる基準センサからの入力である基準入力から、切換先のセンサからの入力である切換先入力へ、前記測定に使用するセンサ入力を切換える切換処理部を備え、
前記切換処理部は、
前記基準入力の値が、所定値を超えていない場合は、当該基準入力の値を前記測定対象の測定値として出力し、
前記基準入力の値が前記所定値を超えている、かつ、当該所定値を超えた時点からの経過時間が所定の切換時間未満である場合は、前記基準入力が前記所定値を超えた時点における前記切換先入力の値と前記基準入力の値との偏差量に基づき補正された補正測定値を算出し、当該補正測定値を前記測定対象の測定値として出力し、
前記基準入力の値が前記所定値を超えている、かつ、当該所定値を超えた時点からの経過時間が前記切換時間以上である場合は、前記切換先入力の値を前記測定対象の測定値として出力する、
ことを特徴とする温度測定装置。 - 前記切換処理部が、前記切換時間と、前記基準入力が前記所定値を超えた時点における前記切換先入力の値と前記基準入力の値との偏差量と、に基づき前記切換時間に対して比例的に補正することで前記補正測定値を算出することを特徴とする請求項1に記載の温度測定装置。
- 前記切換処理部が、前記所定値を超えた時点における前記偏差量に基づき前記切換時間を決定することを特徴とする請求項1から3の何れかに記載の温度測定装置。
- 請求項1から4の何れかに記載の温度測定装置と、前記温度測定装置からの出力を表示する表示部と、を備えることを特徴とする、温度表示計。
- 請求項1から5の何れかに記載の温度測定装置、又は温度表示計と、
前記温度測定装置からの出力と、目標温度に基づいて、前記測定対象の温度を前記目標温度となるように制御するための制御信号を算出する算出部と、
前記測定対象に直接又は他の装置を介して前記制御信号を出力する出力部と、
を備えることを特徴とする温度調節計。
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