(57)【要約】【課題】電気回路を工夫することにより測温抵抗体の非直線性を改善し、高精度の温度測定が行える温度測定装置を提供すること。【解決手段】温度センサとして測温抵抗体を用いた温度測定装置において、  ダイオードと抵抗の直列回路を介して正帰還をかける手段を設け、測定温度変化に対する前記測温抵抗体の抵抗値変化の非直線性を補正することを特徴とするもの。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度センサとして測温抵抗体を用いた温度測定装置において、
ダイオードと抵抗の直列回路を介して正帰還をかける手段を設け、測定温度変化に対する前記測温抵抗体の抵抗値変化の非直線性を補正することを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記測温抵抗体は白金測温抵抗体であることを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、温度測定装置に関し、詳しくは、測温抵抗体を用いた温度測定装置の高精度化に関するものである。【０００２】  温度測定装置は、各種プラントや実験設備における温度の制御や管理、気象観測、環境測定など、いろいろな分野でそれぞれの用途に適した構成のものが用いられている。【０００３】  このような温度測定装置の一種に、温度センサとして抵抗値の温度変化特性を利用した測温抵抗体を用い、温度を電気的に測定するように構成されたものがある（ＪＩＳ−Ｃ−１６０４）。【０００４】  測温抵抗体には、測温抵抗素子と測温抵抗素子の抵抗値を電気信号に変換する信号変換回路とを接続する導線の本数に応じて、２導線形、３導線形、４導線形の３種類がある。工業計測の分野では一般的に３導線形が用いられ、高精度の測定信号が必要な場合には４導線形が用いられることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０９−０７９９１７号公報
【０００６】  特許文献１には、測温抵抗体の温度対抵抗値変化の非線形特性を線形補正して温度計測を行う温度計測回路の構成が示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  白金測温抵抗体の抵抗値をＲｔとすると、温度ｔ℃との関係は、次式で示される。
Ｒｔ＝（１＋０．００３９０８ｔ−０．００００００５７８ｔ２）【０００８】  白金測温抵抗体をたとえば−２０℃〜＋６０℃の温度計として用いる場合には、中心の温度値２０℃における誤差が＋０．２９７％となり、白金測温抵抗体を許容誤差が０．２％の温度計として用いようとしても、白金測温抵抗体単体だけでは許容誤差範囲を超えてしまうことになる。【０００９】  図５は抵抗値が１００Ωの白金測温抵抗体Ｒｔの一例を示す構成図であり、図６は図５に示す白金測温抵抗体Ｒｔの測定温度Ｔの変化に対する抵抗値Ｒｔの変化を示す特性例図である。図６に実線で示す白金測温抵抗体Ｒｔの特性線Ａは、破線で示す直線Ｂに対して非直線性を有していることが明らかである。【００１０】  本発明は、このような従来の問題点に着目したものであって、その目的は、電気回路を工夫することにより測温抵抗体の非直線性を比較的簡単に改善し、高精度の温度測定が行える温度測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  このような課題を達成する請求項１の発明は、
温度センサとして測温抵抗体を用いた温度測定装置において、
ダイオードと抵抗の直列回路を介して正帰還をかける手段を設け、測定温度変化に対する前記測温抵抗体の抵抗値変化の非直線性を補正することを特徴とする。【００１２】  請求項２の発明は、請求項１記載の温度測定装置において、
前記測温抵抗体は白金測温抵抗体であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】  これらにより、比較的簡単な回路構成で、高精度の温度測定が行える温度測定装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】  本発明の基本動作を説明するための回路図である。
【図２】  図１に示した抵抗ＲとダイオードＤの接続に応じた電圧電流特性例図である。
【図３】  本発明に基づく温度測定装置の一実施例を示す回路図である。
【図４】  図３の動作を説明する特性例図である。
【図５】  抵抗値が１００Ωの白金測温抵抗体Ｒｔの一例を示す構成図である。
【図６】  図５に示す白金測温抵抗体Ｒｔの測定温度Ｔの変化に対する抵抗値Ｒｔの変化を示す特性例図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下、本発明について、図面を用いて説明する。
図１は本発明の基本動作を説明するための回路図であり、抵抗ＲとダイオードＤが直列接続されている。図１の抵抗ＲとダイオードＤとの直列回路に電流ｉが流れている状態において、抵抗Ｒの両端間の電圧降下の値をＶｒとし、ダイオードＤ両端間の電圧降下の値をＶｄとすると、抵抗ＲとダイオードＤの直列回路の両端間における電圧降下の値Ｖは、
Ｖ＝Ｖｒ＋Ｖｄ        （１）
になる。
【００１６】  図２は、図１に示した抵抗ＲとダイオードＤの接続に応じた電圧電流特性例図である。特性線Ｃは抵抗ＲとダイオードＤが直列接続されている回路の合成電圧電流特性を示し、特性線Ｄは抵抗Ｒだけが単独で接続されている回路の電圧電流特性を示し、特性線ＥはダイオードＤだけが単独で接続されている回路の電圧電流特性を示している。
【００１７】  抵抗Ｒだけが単独で接続されている回路における電流ｉは、特性線Ｄに示すように、原点０から電圧Ｖの上昇に比例して一定の傾斜角度で直線的に増加する。
【００１８】  ダイオードＤだけが単独で接続されている回路における電流ｉは、特性線Ｅに示すように、電圧Ｖが所定の値Ｖｔｈに達するまでは流れない。電圧Ｖが所定の値Ｖｔｈに達すると電流ｉが流れ始め、その後は、電圧Ｖの上昇に比例して抵抗Ｒだけが単独で接続されている回路の特性線Ｄと等しい一定の傾斜角度で増加する。
【００１９】  抵抗ＲとダイオードＤが直列接続されている回路における電流ｉは、特性線Ｃに示すように、電圧Ｖが所定の値Ｖｔｈに上昇するまでの区間は、抵抗Ｒだけが単独で接続されている回路の特性線Ｄと同様に、原点０から電圧Ｖの上昇に比例して一定の傾斜角度で増加する。電圧Ｖが上昇して所定の値Ｖｔｈを超えた後の電流ｉは、その後の電圧Ｖの上昇に比例して、抵抗Ｒだけが単独で接続されている回路の特性線Ｄよりも大きな傾斜角度で増加する。
【００２０】  図３は本発明に基づく温度測定装置の一実施例を示す回路図である。図３において、Ｒｔは−２０℃から＋６０℃までを測定する抵抗値が１００Ωの白金（Ｐｔ１００Ω）よりなる測温抵抗体である。
【００２１】  測温抵抗体Ｒｔの一端は抵抗Ｒ１を介して演算増幅器Ａの一方の入力端子（反転入力端子）に接続され、測温抵抗体Ｒｔの他端は抵抗Ｒ３を介して演算増幅器Ａの他方の入力端子（非反転入力端子）に接続されている。
【００２２】  演算増幅器Ａの反転入力端子は抵抗Ｒ２を介して出力端子に接続され、非反転入力端子は抵抗Ｒ４とダイオードＤの直列回路を介して出力端子に接続されている。
【００２３】  このような構成において、演算増幅器Ａは反転型増幅器として動作する。演算増幅器Ａの出力端子と非反転入力端子側に接続されている抵抗Ｒ３とＲ４およびダイオードＤは、正帰還型の二折れ線リニアライザを構成している。
【００２４】  測温抵抗体Ｒｔの両端間の電圧Ｖ１は、通常５０ｍＶから１００ｍＶのレベルである。この電圧を抵抗Ｒ１とＲ２の直列回路で分圧して演算増幅器Ａの非反転入力端子に入力することにより、出力電圧Ｖｏが約１．００Ｖになるように増幅する。
【００２５】  この出力電圧Ｖｏは、（２）式で表すことができる。
Ｖｏ＝（Ｒ２／Ｒ１）Ｖ１＋Ｖｐ        （２）
【００２６】  ここで、Ｖｐは抵抗Ｒ３の両端間の電圧であり、（３）式で表すことができる。
Ｖｐ＝［（Ｖｏ＋Ｖｄ）／（Ｒ３＋Ｒ４）］Ｒ３        （３）
なおＶｄは、ダイオードＤの順方向電圧降下の値である。
【００２７】  一方、演算増幅器Ａの正帰還側の非反転入力端子には、出力電圧ＶｏがダイオードＤを介して入力される。しかし、抵抗Ｒ３によりごく微小になることから、出力に与える増幅量は１＞＞Ｖｏになり、発振することはない。
【００２８】  図４は、図３の動作を説明する特性例図である。本発明に基づくリニアライザがない場合の測温抵抗体Ｒｔの両端間の電圧Ｖ１は、実線の線分ａ−ｅ−ｆで示すような特性線Ｆとなり、破線の線分ａ−ｄ−ｆで示す直線Ｇに対して中心部分では線分ｅ−ｄで示すような誤差Ｈを生ずる。
【００２９】  そこでダイオードＤにより正帰還をかけることにより、線分ａ−ｅの区間はダイオードＤの順方向として全く電流が流れないようにし、線分ｅ−ｇの区間はｆ−ｇ間を補正するように抵抗Ｒ３とＲ４の抵抗値を設定する。
【００３０】  これは出力電圧Ｖｏを１．０Ｖにすることで、ほぼその中間から流れ始める。一般にダイオードに電流が流れ始める電圧は０．６−０．７Ｖとされているが、０．５Ｖで流れ始めるその電圧は約２．０ｍＶ／度の温度係数をもつ。この温度係数は折れ点の開始を変化させることから好ましくない。しかしその量は２０℃に対してたとえば−２０℃となった場合、約２．０ｘ３０＝６０ｍＶであり、全体の１．０Ｖに対して６％である。この値は最悪の場合であり、これによるｅ−ｄにおける変化は誤差として微量となる。
【００３１】  図４の実線の線分ａ−ｂ−ｃはダイオードＤと抵抗の直列回路による正帰還特性線Ｉを示し、破線の線分ａ−ｅとこの線分に続く実線の線分ｅ−ｇは本発明に基づくリニアライザにより補正した後の特性線Ｊを示している。これにより、区間ｅ−ｆ−ｇが本発明に基づくリニアライザにより補正されることになる。
【００３２】  具体的な数値例で本発明の効果を説明する。−２０℃から＋６０℃の温度計を校正するのにあたり、本発明に基づくリニアライザを用いない場合のｅ−ｄ間の誤差は０．２９％となって０．２％以内の精度に収まらない。これに対し、本発明に基づくリニアライザを用いることによって総合精度として±０．１％以内とすることができる。
【００３３】  以上説明したように、本発明によれば、比較的簡単な回路構成で測温抵抗体の非直線性を改善でき、高精度の温度測定装置が実現できる。
【符号の説明】
【００３４】Ｒｔ  測温抵抗体
Ａ  演算増幅器
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗
Ｄ  ダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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