(57)【要約】【課題】高精度の温度出力を電流および電圧に重畳した出力形態で得ることができる温度測定装置を提供すること。【解決手段】４導線形の測温抵抗体を用いた温度測定装置において、  定電流帰還抵抗を有し、前記測温抵抗体の温度に伴う抵抗値の変化を電流値の変化に変換して出力する第１の変換手段と、  定電流帰還抵抗を有し、前記測温抵抗体の温度に伴う抵抗値の変化を電圧値の変化に変換して出力する第２の変換手段、を設けたことを特徴とするもの。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４導線形の測温抵抗体と、定電流帰還抵抗を有し前記測温抵抗体の温度に伴う抵抗値の変化を電流値の変化に変換して出力する第１の変換手段と、定電流帰還抵抗を有し前記測温抵抗体の温度に伴う抵抗値の変化を電圧値の変化に変換して出力する第２の変換手段とを設けた温度測定装置において、
前記各変換手段には、スパン調整手段とエレベーション手段とリニアライズ手段の少なくともいずれかを設けたことを特徴とする温度測定装置。
【請求項２】
前記リニアライズ手段として、抵抗とダイオードの直列回路が前記定電流帰還抵抗と並列に接続されていることを特徴とする請求項１記載の温度測定装置。
【請求項３】
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または請求項２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、４導線形の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。【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】  しかし、現時点で工業用温度測定装置として実用化されている測温抵抗体を用いた温度測定装置の温度測定精度は最高で±０．１５℃であって、さらに高精度（たとえば±０．１℃）を求める要求には応えることができないという問題がある。【０００８】  また、測温抵抗体を用いた従来の工業用温度測定装置における温度信号の出力形態として、電流４−２０ｍＡおよび電圧１−５Ｖのそれぞれに重畳して出力するように構成されたものがあるが、これら電流出力および電圧出力の値をそれぞれの用途に応じて所望の値に調整するのにかなりの作業工数がかかってしまうという問題もある。【０００９】  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、電流および電圧に重畳された高精度の温度出力の値を、それぞれの用途に応じた所望の値に比較的簡単に調整できるように構成された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】
【００１０】  このような課題を達成する請求項１の発明は、
４導線形の測温抵抗体と、定電流帰還抵抗を有し前記測温抵抗体の温度に伴う抵抗値の変化を電流値の変化に変換して出力する第１の変換手段と、定電流帰還抵抗を有し前記測温抵抗体の温度に伴う抵抗値の変化を電圧値の変化に変換して出力する第２の変換手段とを設けた温度測定装置において、
前記各変換手段には、スパン調整手段とエレベーション手段とリニアライズ手段の少なくともいずれかを設けたことを特徴とする。【００１１】  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、
前記リニアライズ手段として、抵抗とダイオードの直列回路が前記定電流帰還抵抗と並列に接続されていることを特徴とする。【００１２】  請求項３の発明は、請求項１または請求項２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、４導線形の測温抵抗体を用いた高精度の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２】  図１の回路に設けているリニアライザの動作説明図である。
【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は本発明に基づく温度測定装置の一実施例の主要部分を示す回路図である。図１において、Ｐｔは−５℃から＋３５℃までを測定する抵抗値が１００Ωの白金（Ｐｔ１００Ω）よりなる４導線形の測温抵抗体であり、電流端子Ｉ＋、Ｉ−間には抵抗Ｒ１を介して定電流（ここでは１ｍＡ）が供給され、電圧端子Ｖ＋、Ｖ−は差動アンプとして動作する演算増幅器ＯＰ１に接続されている。
【００１６】  演算増幅器ＯＰ１の出力信号は、抵抗Ｒ９とスイッチＳＷで選択されるコンデンサＣ２またはＣ３により構成されるフィルタを介してそれぞれ電流変換回路を構成する演算増幅器ＯＰ２とＯＰ３の反転入力端子に入力される。なお、フィルタは、場所に応じて所望の定数が選定できるように切り替え方式としている。
【００１７】  演算増幅器ＯＰ２は４−２０ｍＡの電流を出力する電流変換回路を構成し、演算増幅器ＯＰ３は１−５Ｖの電圧を出力する電流変換回路を構成するが、電圧出力は固定抵抗の電圧降下を直接電圧出力としている。本実施例では、５００Ωの抵抗に最大１０ｍＡを流すことにより、最大電圧５Ｖとしている。現状の次段に接続されるコントローラ等の入力インピーダンスは１ＭΩ以上あることから、入力インピーダンスを１ＭΩとすると接続損失は０．０５％であり、入力インピーダンスが１０ＭΩであれば接続損失は実用上無視できる値である。
【００１８】  ところで、測温抵抗体Ｐｔ１００Ωは、温度と抵抗との関係がリニアではなく、比例項以外に二乗項などわずかに比例しない特性を持っている。これにより、−５℃から＋３５℃間において、その中間点１５℃では約＋０．１℃の誤差を生ずる。そこで、この対策として、リニアライザを用いて直線化を図っている。
【００１９】  演算増幅器ＯＰ２の出力端子には、トランジスタＴＲ１を介して、抵抗Ｒ１２とＲ１３の直列回路と、抵抗Ｒ１４と、リニアライザ回路として機能するダイオードＤ１と抵抗Ｒ１５の直列回路とが並列に接続されている。ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１５の直列回路は、並列に接続されている抵抗Ｒ１４の抵抗値を微小に変化させることにより、二折れ線を直線化することができる。
【００２０】  すなわち、抵抗Ｒ１４は定電流値を決める帰還抵抗であり、最大値を電圧降下で１Ｖとしている。抵抗が大きくなるほど電流値は小さくなり、小さいほど大きな電流となる。並列に接続されたダイオードＤ１と抵抗Ｒ１５の直列回路には、抵抗Ｒ１４の電圧降下がダイオードＤ１の順方向電圧降下約０．５Ｖ付近までは全く電流が流れない。０．５Ｖを超えて０．７Ｖ以上になると抵抗Ｒ１５を介して電流が流れ、抵抗Ｒ１４と並列になるので出力電流は増大する。
【００２１】  この関係を適切に選ぶことで、二折れ線の直線化が可能となる。順方向の電圧降下は温度の依存性が高いが、本発明の温度測定装置では折れ線の直線化すべき量が極めて少ないので、その温度係数は無視できる。
【００２２】  このようなリニアライザを用いることで、リニアリティを最大０．０３％以内に改善できる。
【００２３】  図２はダイオードＤ１と抵抗Ｒ１５の直列回路で構成されるリニアライザの動作説明図であり、縦軸にはトランジスタＴＲ１の出力電流を示し、横軸にはトランジスタＴＲ１のエミッタ電圧Ｖｅを示している。
【００２４】  図２（Ａ）において、特性Ａは抵抗Ｒ１４のみの変換電流を示し、特性Ｂは測温抵抗体の誤差を模式的に示している。
【００２５】  図２（Ｂ）において、特性ＣはダイオードＤ１による電流カットを示し、特性Ｄは抵抗Ｒ１５による変換電流を示している。
【００２６】  図２（Ｃ）において、特性Ｅは二折れ線の補正誤差を模式的に示し、特性Ｆは抵抗Ｒ１４のみの変換電流を示している。
【００２７】  再び図１において、演算増幅器ＯＰ２の出力端子にトランジスタＴＲ１を介して抵抗Ｒ１４と並列に接続されている抵抗Ｒ１２とＲ１３の直列回路は、０−１００％のスパンを可変するための抵抗である。また、抵抗Ｒ１０，Ｒ１１は０−１００％のスパンに関係なくどの位置でも同じ量を可変するためのエレベーション調整抵抗である。
【００２８】  演算増幅器ＯＰ３の出力端子にトランジスタＴＲ２を介して抵抗Ｒ２０と並列に接続されている抵抗Ｒ１８とＲ１９の直列回路は、０−１００％のスパンを可変するための抵抗である。また、抵抗Ｒ１６，Ｒ１７は０．−１００％のスパンに関係なくどの位置でも同じ量を可変するためのエレベーション調整抵抗である。
【００２９】  なお、上記実施例では、電流出力系統と電圧出力系統のそれぞれにスパン調整手段とエレベーション手段とリニアライズ手段を設けて高精度化を実現しているが、高精度が求められない場合には回路構成を簡略化するために必要に応じてこれら調整手段の一部を省略してもよい。
【００３０】  また、上記実施例では、リニアライズ手段として、抵抗とダイオードの直列回路を定電流帰還抵抗と並列に接続することによりハードウェアで実現しているが、必要に応じてより高精度の直線化を実現するためにマイクロコンピュータを用いてソフトウェアでリニアライズ処理を行うようにしてもよい。
【００３１】  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、４導線形の測温抵抗体を用いた高精度の温度測定装置が実現できる。
【符号の説明】
【００３２】  Ｐｔ  測温抵抗体
ＯＰ１〜ＯＰ３  演算増幅器
Ｒ１〜Ｒ２３  抵抗
Ｃ１〜Ｃ８  コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ３  ダイオード
ＳＷ  スイッチ
ＴＲ１，ＴＲ２  トランジスタ
【図１】
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【図２】
2015011023.tif 000004