(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱線と、温度によって抵抗が変化する抵抗温度センサ線とを絶縁層を介して配置してヒーター線を形成し、前記発熱線と、発熱線の通電を制御する電力制御手段とを交流電源に接続し、前記絶縁層を通じて抵抗温度センサ線に漏洩する電流がゼロに近い時点の交流電源の位相に同期してパルスを発生する同期パルス電源回路を形成し、この同期パルス電源回路の出力するパルス電圧を、前記抵抗温度センサ線と分圧抵抗とで形成した温度信号分圧回路と、基準分圧回路とに与え、この温度信号分圧回路と基準分圧回路とから出力する分圧信号を比較する比較回路を、前記温度信号分圧回路の分圧電圧のピーク値を保持するピークホールド回路と、前記基準分圧回路の分圧電圧のピーク値を保持するピークホールド回路と、それぞれのピークホールド回路の出力信号を比較する比較器とによって形成し、比較器の出力信号を前記電力制御手段に与えるようにした温度制御装置。
【請求項２】
前記温度信号分圧回路の分圧信号を与えるピークホールド回路の時定数設定抵抗を分圧回路によって形成し、この分圧回路を、可変抵抗からなる温度設定抵抗と固定抵抗とによって形成し、この分圧回路の分圧信号を前記比較器に与えまるようにした請求項１の温度制御装置。
【請求項３】
前記温度信号分圧回路を形成する抵抗温度センサ及び分圧抵抗との抵抗値の割合をほぼ１対１にした請求項１又は２の温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、温度制御装置に関し、更に詳細には温度により抵抗値が変化する抵抗体温度センサを用い、電気採暖具の温度制御に適した温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気カーペットなどの採暖具の温度を検出する手段として、温度検出手段と、温度センサの取り付け手段との組み合わせ方によって、大きく分けて４つの手段が用いられている。即ち温度検出手段としては、温度によりインピーダンスが変化する絶縁体、例えば塩化ビニール（ＰＶＣ）：ナイロンなどのインピーダンスを検出する手段と、温度により抵抗の変化する金属導体、例えばニッケル線（以下抵抗体温度センサという）を用いる手段とであり、温度センサ線の取り付け手段としては、発熱線と温度センサ線とを別々に形成する手段と、発熱線と温度センサ線とを１体に纏めたヒーター線を使用する手段とである。
【０００３】
ところで、絶縁層のインピーダンスを検出するには、絶縁層を介して２本の電極線（内１本は発熱線を使用することができる）を配置し、電圧を加え絶縁層に流れる電流を検出する必要がある。その際、絶縁層に直流分が加わると分極してインピーダンス特性に経時変化が起こるので、２本の電極線間には直流分のない完全な交流を加えなければならず、回路構成が複雑になるという問題がある。その点、抵抗体温度センサを用いる手段は、電源に制約を受けないという利点がある反面、温度変化に対する金属導体の抵抗変化が小さいため、抵抗温度センサ線やブリッジ回路部品の抵抗値のバラツキが検出誤差に大きく影響されるとう問題がある。
【０００４】
また発熱線と温度センサ線とを別体とする前記方法は、２本の線を配線することになり、生産性が悪く、コスト高になるという問題がある。また発熱線と温度センサ線とを１本にする前記方法は、生産性の面では２本の場合より改善されるが、この手段と抵抗体温度センサとを組み合わせると、発熱体との間を絶縁する絶縁層を通じて発熱線からの漏れ電流が抵抗温度センサ線に流れ込む影響で、精度が低下し、温度制御が誤作動とするという問題がある。この問題は、一定の温度で溶融する樹脂（例えばナイロン）を前記絶縁層に使用し、採暖具の温度が過昇すると溶融して、発熱線と抵抗体温度センサ線とを短絡させ温度ヒューズを溶断させる安全機能を持たせた場合などに特に問題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題に着目してなされたものであり、直流電源を使用して測温ができる抵抗体温度センサを用い、しかも発熱体と抵抗温度センサとを一体としたヒーターを使用した場合の温度制御装置を提供することを目的としている。
本発明の別の目的は、発熱体から絶縁層を介して抵抗体温度センサ線に漏れる漏れ電流によって誤差を生じない抵抗測定手段を採用した温度制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
更に本発明の別の目的は、抵抗体温度センサの抵抗値のバラツキによる分圧電圧のバラツキを、最小となるように抵抗検出用ブリッジ回路を形成した温度制御装置を提供することを目的としている。
また別の本発明の目的は、小さな回路電流で抵抗値を正確に検出できる抵抗測定回路を有する温度制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するための本発明の温度制御装置の構成は、発熱線と、温度によって抵抗が変化する抵抗温度センサ線とを絶縁層を介して配置してヒーター線を形成し、前記発熱線と、発熱線の通電を制御する電力制御手段とを交流電源に接続し、前記絶縁層を通じて抵抗温度センサ線に漏洩する電流がゼロに近い時点の交流電源の位相に同期してパルスを発生する同期パルス電源回路を形成し、この同期パルス電源回路の出力するパルス電圧を、前記抵抗温度センサ線と分圧抵抗とで形成した温度信号分圧回路と、基準分圧回路とに与え、この温度信号分圧回路と基準分圧回路とから出力する分圧信号を比較する比較回路を、前記温度信号分圧回路の分圧電圧のピーク値を保持するピークホールド回路と、前記基準分圧回路の分圧電圧のピーク値を保持するピークホールド回路と、それぞれのピークホールド回路の出力信号を比較する比較器とによって形成し、比較器の出力信号を前記電力制御手段に与えるようにしたものである。
【０００８】
前記の交流電源に同期してパルスを発生させる手段としては、例えば交流電源のゼロクロス検出回路など、抵抗体温度センサに漏洩する電流が比較的ゼロに近い時点にパルスを発生させる回路を使用することができる。
パルス電源回路の出力する電源のパルス幅を、通常２００μｓ〜１ｍｓと小さい値とすることができるので、実質的に回路に流れる電流をこのように小さな値にできる。そのため前記温度信号分圧回路の総抵抗値を比較的小さな値にできるので、ブリッジ回路の最大感度が得られる条件、即ち抵抗体温度センサと前記抵抗との比を１：１に近い値にすることによって、抵抗値のバラツキによる制御温度のバラツキを最小限にすることができる。
【０００９】
前記ピークホールド回路は、従来から使用されている回路を適宜使用することができる。
本発明の温度制御装置の温度設定回路を、前記温度信号分圧回路の分圧信号のピーク値を保持する前記ピークホールド回路の時定数設定抵抗を、温度設定抵抗と分圧抵抗とで形成した分圧回路によって形成することができる。したがって、温度設定回路の合成抵抗値は、漏洩電流のピーク値より余裕をもって高い値にピークホールドできる時定数となる抵抗値を選定すればよい。
【００１０】
【作用】
発熱体と抵抗体温度センサとを絶縁層を介して配置したヒーター線を交流電源で発熱させ、温度検出を、絶縁層を通じて発熱体から抵抗体温度センサに漏洩する電流がほぼゼロとなる時点の交流電源の位相に同期して、パルス電源電圧を前記ブリッジ回路に与え、ブリッジ回路からの出力パルス信号をピークホールドし、前記信号のせん頭値を比較して、温度を検出するようにした前記構成は、パルスせん頭より低いせん頭値の漏れ電流が発生しても、ピークホールド電圧に影響を与えないので高い精度で温度を検出することができる。
【００１１】
前記ブリッジ回路に与える電源をパルス電圧とする前記手段は、パルス幅を狭くしてブリッジ回路に流れる実効電流を小さくできるから、小容量のパルス電源回路とすることができる。また、温度信号分圧回路の各辺の抵抗、即ち前記抵抗体温度センサと分圧抵抗とをほぼ１：１とすることによる総抵抗値の低下によってパルス電流の増加があっても、実行電流は小さいので供給可能となる
【００１２】
前記ピークホールド回路の時定数を決定する抵抗によって温度設定回路を形成する前記手段は、可変抵抗器など低抵抗で高精度に作ることが難しい商品で構成しても、高精度に作り安い値の回路構成で済むので、精度を維持できる。
【００１３】
【実施例】
以下、添付の図面を参照して一実施例により本発明を具体的に説明する。
本実施例に使用したヒーター線１は、図２に示すとおり芯糸２に発熱線３を巻装し、その上にナイロンなどの絶縁層４を形成し、温度により抵抗値が変化する金属線導体からなる抵抗体温度センサ線５を、前記絶縁層４の外側に巻装し、その外側を絶縁被覆層６で形成したものである。なお本実施例では抵抗体温度センサ線５に６００〜８００Ωの抵抗値のものを使用したが、本発明はこれに限定されない。
【００１４】
本実施例の温度制御回路は、図１に示すとおり交流電源８に、前記ヒーター線１の発熱線３、電力制御手段であるリレー９の接点９ａ及び温度ヒューズ10を直列に接続し、ヒーター線１の温度を制御する回路は、直流電源回路11、同期パルス電源回路12、温度信号分圧回路13、基準分圧回路14及び比較回路15によって構成した。
【００１５】
前記直流電源回路11は、温度制御回路を作動させる電源であり、交流電源電圧を整流ダイオード11ａ〜11ｄによって全波整流し、抵抗11ｅ、ツェナーダイオード11ｆ及び平滑コンデンサー11ｇによって所定の直流電圧を発生させ、リレー９と同期パルス電源回路12とに与える。同期パルス電源回路12は、分圧抵抗12ａ，12ｂによって分圧された交流電圧をトランジスタ16ａ及び抵抗16ｂからなるゼロクロス検出回路16に与え、ゼロクロス信号が出力されるとトランジスタ17ａ，17ｂ及び抵抗17ｃ，17ｄからなる出力回路17からパルス電圧ｖを出力するように構成している。
【００１６】
前記温度信号分圧回路13は、抵抗体温度センサ線５と固定抵抗からなる分圧抵抗13ａとで構成し、また前記基準分圧回路14は分圧抵抗14ａ，14ｂで構成し、それぞれの分圧点13ｂに発生する分圧パルス信号ＶT を、分圧点14ｃに発生する分圧パルス信号ＶC とを、それぞれダイオード18a,19a を通じて比較回路15に与えるようにした。なお、以下温度信号分圧回路13及び基準分圧回路14の二つの分圧回路を総称するときは、単に分圧回路13,14 と記載する。
【００１７】
前記比較回路15は、分圧パルス信号ＶT のピークホールド回路18、分圧パルス信号ＶC のピークホールド回路19及びオペアンプからなる比較器15ａとによって構成し、比較器15ａの出力をリレーコイル９ｂに与えるように構成した。ピークホールド回路18，19は、それぞれ、前記ダイオード18a,19a 、温度設定抵抗18b と抵抗18c 及び抵抗19b 並びに電解コンデンサ18d,19c によって構成し、比較器15a の反転入力端子とピークホールド回路18との間に抵抗15b を接続し、また比較器15a の非反転入力端子とピークホールド回路19との間に抵抗15ｃを接続した。本実施例の温度設定回路は、温度設定抵抗18ｂと抵抗18ｃとによる分圧回路によって形成し、これらの抵抗値は、ピークホールド回路18の必要な時定数を得る大きな抵抗値のものを使用した。本実施例では前記時定数を３０〜１００ｍｓの範囲に設定した。
【００１８】
温度ヒューズ溶断抵抗10ａは、発熱して温度ヒューズ10を溶断する抵抗体であり、前記分圧回路13,14 とグランドＧとの間に接続し、ヒーター線１の温度が過昇すると、絶縁層４のナイロンが溶け、発熱線３と抵抗体温度センサ線５とが短絡して流れた電流により発熱し、温度ヒューズ10を溶断し、電源をオフするように取り付けた。
【００１９】
次に、図１，４によって本実施例の温度制御装置の動作を説明する。図４の横軸は時間軸であり、符号20は、ヒーター線１の絶縁層４を通じて発熱線３から抵抗体温度センサ線５に流れる漏洩電流により分圧点13ｂに発生する電圧であり、21は絶縁層４を挟んで発熱線３と抵抗温度センサ線５との間に加わる電圧（ハッチを施した部分）を示している。なお符号21を点線で示したのは、負側の交流電源電圧８と区別するためである。
前記漏れ電流は基準分圧回路14の分圧点14ｃにも一定の電圧を発生させている。ところで、ピークホールド回路18,19 にホールドされた電圧は、漏洩電流がほぼゼロ時点で発生させたパルスのものであることと、比較器15ａに入力する信号は、温度信号分圧回路13の出力する前記分圧パルス信号ＶT 及び基準分圧回路14の出力する前記分圧パルス信号ＶC のせん頭値なので、漏れ電流に影響されず、もっぱら抵抗体温度センサ線５の抵抗値（即ちヒーター線１の温度）に対応した値を検出することができる。なお、前記漏洩電流により分圧点13ｂ，14ｃに発生する電圧は、ヒーター線１の温度、その他の回路要素条件によって一定しないが、分圧パルス信号ＶT,ＶC の設計段階での設定によって対応することができる。
【００２０】
したがって、図４の左側の最上段に示す設定温度よりヒーター温度が低い場合には、比較器15a の入力信号は、下から２段目に示すようにヒーター温度信号電圧が基準電圧を下回り、リレー９にオン信号が比較器15a から出力され、また図４の右側の最上段に示す設定温度よりヒーター温度が高い場合には、比較器15a の入力信号は、下から２段目に示すようにヒーター温度信号電圧が基準電圧を上回り、リレー９にオフ信号が比較器15a から出力されるので、安定した高い精度でヒーター線１の温度を設定温度に制御することができる。
【００２１】
図３はトランジスタ18ｅ，19ｄのエミッタホロワによるピークホールド回路を示しており、図１に示すピークホールド回路18,19 に変えて使用することができる。本回路には、同じ回路要素には図１と同じ符号を付し説明を省略する。また温度設定は、原理的には温度信号分圧回路13，基準分圧回路14の各抵抗を可変抵抗に変えて行わせることもできる。例えば温度センサ線５と直列に可変抵抗を接続して温度設定してもよい。但し可変抵抗器など低抵抗で高精度のものが入手しにくいので、本実施例では、温度信号分圧回路13及び基準分圧回路14によるブリッジ回路と温度設定回路とを別回路として温度検出精度を向上させるようにした。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明した本発明の温度制御装置は、絶縁層を通じて、発熱線から抵抗体温度センサ線に漏洩する電流がゼロ又は極めて小さいときの交流電源位相に同期させてヒーター線の温度を抵抗体温度センサ線で検出し、且つ抵抗体温度センサ線の抵抗と基準抵抗との比較を、ピークホールド回路による出力信号のせん頭値によって比較するようにしたので、出力電圧を漏洩電流のピーク電圧より大きく設定すれば、漏洩電流の影響を無視できるため、高い精度で安定した温度制御を行うことがてきる。しかも、抵抗体温度センサ線を過熱検知線と兼用させることができるので、生産性を向上させることができる。
【００２３】
本発明は、前記のとおり温度信号分圧回路と基準分圧回路で構成するブリッジ回路の電源をパルス電源としたので、抵抗体温度センサ線の抵抗値を基準抵抗と比較する際の電流が小さくて済み、抵抗体温度センサ線と分圧抵抗との比を、ブリッジ回路の最大感度が得られるほぼ１：１になるところまで総抵抗値を小さくしてもパルス電源を供給でき、抵抗値のバラツキによる影響を可及的に小さくすることができる。
【００２４】
温度設定回路をピークホールド回路と比較回路との間に取り付ける本発明の請求項２の手段は、温度設定抵抗をブリッジ回路内に取り付けた場合に比べ、ブリッジ回路がシンプルで精度を損なうことなく構成でき、しかも比較的高抵抗で精度の高い可変抵抗を使用が可能となり、高精度の温度設定回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による温度制御回路図である。
【図２】図１の温度制御回路に使用したヒーター線を一部破断して示した部分斜視図である。
【図３】図１に示す温度制御回路の動作を説明するためのグラフ図である。
【図４】図１に示すピークホールド回路の変形例の回路図である。
【符号の説明】
１  ヒーター線                      ３  発熱線
４  絶縁層                          ５  抵抗体温度センサ線
８  交流電源                        ９  リレー
12  同期パルス電源回路源            13  温度信号分圧回路
14  基準分圧回路                    15  比較回路
15a 比較器                          15b 温度設定抵抗
16  ゼロクロス検出回路              18  ピークホールド回路
19  ピークホールド回路              ＶC 制圧パルス信号
ＶT 分圧パルス信号                  ｖ  パルス電圧
【図１】
0003540002.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003540002.tif 000005